Elektronelektroninteracties

Elektronelektroninteracties verwijzen naar de elektromagnetische interacties tussen elektronen in atomaire systemen, moleculen en materialen. De directe kracht is de coulombische afstoting tussen elektronen. Daarnaast spelen uitwisselingseffecten mee door de fermionische aard van elektronen en de Pauli‑uitsluiting; deze uitwisseling beïnvloedt energiedelen tussen verschillende spins en draagt bij aan binding en magnetisme. Een derde belangrijke component is elektronische correlatie: de beweging van het ene elektron is afhankelijk van de aanwezigheid en beweging van de andere elektronen, wat verder gaat dan eenvoudige gemiddelde benaderingen.

In atomaire systemen beïnvloeden deze interacties energieniveaus en chemische eigenschappen; in moleculen bepalen ze binding en excitatiemodussen en daarmee het spectrale gedrag. In metalen en halfgeleiders bepalen ze de elektrische geleiding, het optische gedrag en de reactie op storingen. Een centraal begrip is screening: elektronen reageren op een geladen probe en verminderen de effectieve onderlinge krachten tussen elektronen doordat de overige elektronen de potentiaal afzwakken; dit leidt tot collectieve excitations zoals plasmons en tot een veranderde dielectriciteitsfunctie.

Behandeling van elektronelektroninteracties gebeurt met diverse theoretische benaderingen. De Hartree–Fockmethode beschrijft de elektronensystemen met een gemiddelde coulombenergie; dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) beschrijft interacties via een functionaal van de elektronendichtheid. Voor nauwkeurigere beschrijvingen bestaan post-Hartree–Fock-methoden, configuratie‑interactie en many-body perturbation theory (GW). In vaste-stoffenmodellen wordt vaak een Hubbard‑U term gebruikt om lokale repulsie te modelleren, en de screening wordt beschreven met de dielectriciteitsfunctie ε(q, ω) of via de Random Phase Approximation (RPA).

Samengevat vormen elektronenelektroninteracties een fundamenteel aspect van de structuur, dynamica en functionering van atomen, moleculen en materialen, met uiteenlopende praktische toepassingen in chemie, solid-state fysica en materiaalwetenschap.