Anregungsenergien

Anregungsenergien bezeichnet man in der Physik die Energieunterschiede zwischen dem Grundzustand und angeregten Zuständen eines Systems, etwa eines Atoms, Moleküls, Festkörpers oder Kerns. Sie geben an, welche Energiemenge ein System aufnehmen oder freisetzen muss, um von einem Zustand in einen höheren zu gelangen. Die Art der Anregung richtet sich nach dem Zustand: Elektronische Anregungen betreffen das Anheben von Elektronen auf höhere Orbitale; Vibrationsanregungen betreffen Schwingungen der Struktur, Rotationsanregungen betreffen Drehbewegungen. In Festkörpern treten zusätzlich Interband- und Quasipartikel-Anregungen auf, etwa Elektron-Loch-Paare, Exzitonen, Plasmonen oder Magnonen; bei Kernen spricht man von nuklearen Anregungen.

Die Größe der Anregungsenergien bestimmt, welche Photonen oder Teilchen nötig sind, um eine Anregung zu erzeugen. In Spektren erscheinen Absorptions- oder Emissionslinien mit Energie ΔE = hν bzw. ΔE in Elektronenvolt oder cm^-1. Typische Skalen reichen von elektronischen Anregungen im Bereich mehrerer Elektronenvolt bis zu Vibrationsanregungen (ungefähr 0,01–0,5 eV; 100–4000 cm^-1) und Rotationsanregungen im unteren Energiespektrum. In Materialien liefern Anregungsenergien Einblicke in Bandlücken, Exzitonen und die Dispersion von Quasipartikeln.

Theoretisch werden Anregungsenergien durch Lösung der Quantenmechanik bestimmt; dazu nutzt man oft zeitabhängige DFT, Konfigurationswechselwirkungen oder viele-Körper-Methoden wie GW/BSE. Auswahlregeln beschränken zulässige Übergänge.

Anregungsenergien sind zentral in Spektroskopie, Photochemie, Photovoltaik, LEDs und Lichtemission, da sie Eigenschaften wie Farbe, Reaktivität und Effizienz von Materialien bestimmen.