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A4: Elektronische Grundzustands- und Anregungseigenschaften komplexer Oxid-Strukturen

Ziel des Projektes sind ab-initio-Untersuchungen struktureller, elektronischer, magnetischer und von Anregungseigenschaften oxidischer Grenzflächen und Oberflächen, die Entwicklung neuer Verfahren zur realistischen Beschreibung von Oxiden und die theoretische Unterstützung experimenteller Projekte.

Die ab-initio-Beschreibung von oxidischen Materialien erfordert eine effiziente und genaue Behandlung starker Korrelationseffekte und die Einbeziehung experimenteller oder theoretisch bestimmter Informationen zur Realstruktur. Die Korrelationseffekte werden im Rahmen des bereits entwickelten und implementierten Selbstwechselwirkungskorrektur-Verfahrens (SIC) berücksichtigt. Die Strukturinformation von Grenzflächen und Oberflächen soll mit Hilfe der effizienten Pseudopotential-Methode VASP gewonnen werden. An dieser Stelle ist auch eine enge Zusammenarbeit mit experimentellen Teilprojekten zur Strukturuntersuchung erwünscht.

Ein besonderes Interesse gilt den Systemen mit gemischten Valenzen. In vielen oxidischen Systemen können bestimmte Atome je nach der Umgebung ihre Valenz verändern. Ein charakteristisches Beispiel dafür ist das Oxid La_1-xSr_xMnO₃. In diesem System nehmen Mn-Atome die Valenzen 3⁺ und 4⁺ an, um die Neutralität des Systems zu gewährleisten. In anderen Mn-Oxiden oder an Oberflächen können die Valenzen der Mn-Atome durch eine geänderte chemische Umgebung oder durch Symmetrieerniedrigung stark geändert werden. Elektronische und magnetische Eigenschaften in den entsprechenden Systemen werden dadurch stark beeinflusst. Die Valenz von Übergangsmetallen kann in solchen Fällen effizient mit Hilfe des SIC-Verfahrens beschrieben werden.

Elektronische, magnetische und Anregungseigenschaften sollen auch in der neuen Antragsperiode mit Hilfe der Methode der Greenschen Funktionen, die im Code HUTSEPOT realisiert ist, berechnet werden. Das Programm HUTSEPOT erlaubt effiziente ab-initio-Untersuchungen von komplexen Realstrukturen verschiedener Dimension und kombiniert Methoden, die insbesondere für die Behandlung oxidischer Systeme unabdingbar sind. Strukturelle und magnetische Defekte können im Rahmen der Näherung des kohärenten Potentials (CPA) berücksichtigt werden. Die implementierten Verfahren des magnetic force theorems und der dynamic linear response Theorie ermöglichen eine realistische Beschreibung adiabatischer und dynamischer magnetischer Eigenschaften. Anregungseigenschaften können im Rahmen einer GW-Näherung berechnet werden, die mit Selbstwechselwirkungskorrekturen kombiniert werden kann. In der nächsten Antragsperiode soll die voll relativistische Beschreibung (Dirac-Gleichung) ausgebaut werden. Die SIC-Methode, das magnetic force theorem und die dynamic linear response Theorie werden in das relativistische Verfahren einbezogen.