Elektron(-Positron) Impulsdichten in korrelierten Metallen

Die Vielfalt physikalischer Eigenschaften korrelierender Elektronensysteme in Übergangsmetallen und deren Legierungen zeigt sich nicht nur in den entsprechenden Bandstrukturen, sondern ebenso in wellenfunktions- abhängigen Größen wie der Impulsdichte der Elektronen (electron momentum density EMD) bzw. der Impulsdichte von annihilierenden Elektron-Positron-Paaren (momentum density of annihilating electron-positron pairs MDAP). Diese beiden Größen können nicht nur berechnet werden, sondern sind auch mittels der Compton-Spektroskopie bzw. der Positronen-Annihilations-Spektroskopie experimentell zugänglich. Es zeigt sich jedoch, daß theoretische Ansätze, die allein auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT) bzw. der Lokalen-Dichte (LD)-Näherung beruhen, für eine realistische (quantitative) Beschreibung von Elektron-Elektron-Korrelationen nicht ausreichen. Für dieses Projekt sollen daher für die Berechnung von EMD- und MDAP-Verteilungen in para- und ferromagnetischen Übergangsmetallen und ferromagnetischen Halbmetallen fortgeschrittene theoretische Methoden verwendet werden, nämlich die GW-Näherung und die erst vor kurzem entwickelte dynamical mean-field theory (MDFT). Für einfache Metalle und elementare Übergangsmetalle wie Fe, Co, Ni und Cu existiert bereits eine Reihe ermutigender theoretischer Resultate, welche mittels einer Kombination von DFT-LD und der auf den Prinzipien der Störungsrechnung beruhenden, perturbativen GW-Näherung erhalten wurden. In manchen Fällen hat es sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung einer nicht-perturbativen Rechenmethode wie DMFT zu einer noch besseren Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment führt. Allerdings konzentriert sich der überwiegende Teil der bisher publizierten Untersuchungen auf den Vergleich von berechneten Quasiteilchen-Bandstrukturen mit Meßergebnissen der winkelaufgelösten Photoemissions-Spektroskopie (ARPES), während in diesem Projekt GW- und DMFT-Rechnungen zur Bestimmung der Impulsdichten EMD und MDAP verwendet werden. Was die Methodik unserer Rechnungen betrifft, planen wir die explizite Einbeziehung der Quasiteilchen-Gleichung der Elektronen in ein zuverlässiges Lösungsverfahren zur Berechnung von Compton- und ACAR-Profilen unter Berücksichtigung von Vielteilchen-Effekten. Wegen ihrer speziellen elektronischen Eigenschaften (metallisch für die eine und halbleitend für die andere Spinrichtung) werden ferromagnetische Halbmetalle als vielversprechende Spintronic-Materialien angesehen. Wir planen die Untersuchung der folgenden drei Typen von Halbmetallen: die semi-Heusler Verbindungen NiMnSb (ferromagnetisch) und FeMnSb (ferrimagnetisch) sowie das in der Zinkblende-Struktur kristallisierende VAs. Bereits publizierte DMFT-Berechnungen an solchen Materialien für endliche Temperaturen lassen vermuten, daß innerhalb der Energielücke der halbleitenden Minoritäts-Bandstruktur sog. non-quasiparticle states auftreten, die zu entsprechenden Änderungen der Fermifläche (FS) führen. Da nun die theoretische Bestimmung von Compton- und ACAR-Profilen bzw. deren Vergleich mit entsprechenden experimentallen Daten eine seit langem bewährte Methode der Fermiflächen-Untersuchung darstellt, sind wir zuversichtlich, daß die von uns geplanten Berechnungen helfen werden, Klarheit bzgl. der oben erwähnten FS-Modifikationen zu bringen. Unser Projekt könnte somit dazu beitragen, die Eignung von Halbmetallen für deren Einsatz in zukünftigen Spintronic- Bauelementen zu untersuchen.