Elektronelektroninteraktionen

Elektronelektroninteraktionen bezeichnen die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Elektronen. In der Quantenelektrodynamik (QED) tragen sie grundlegend zur Struktur von Atomen, zur chemischen Bindung und zu den Eigenschaften von Materie bei.

Auf mikroskopischer Ebene resultieren Elektronenwechselwirkungen vor allem aus der Coulomb-Wechselwirkung zwischen Ladungen. In vielen-Elektronensystemen ist zusätzlich die antisymmetrische Wellenfunktion der Fermionen verantwortlich für Austauschwechselwirkungen; diese entstehen aus der Quantenstatistik und sind keine eigenständige Kraft.

In Festkörpern wird die Wechselwirkung durch Screening abgeschwächt: Die Elektronen bilden eine Dielektrizitätsantwort, wodurch die effektive Kopplung reduziert wird. Beschreibungen verwenden Modelle wie Thomas-Fermi-Screening oder die RPA; kollektive Anregungen wie Plasmonen treten auf.

Theoretisch werden Elektronen-interagierende Systeme mit Methoden wie dem Hartree-Fock-Verfahren, der Dichtefunktionaltheorie (mit Austausch-Korrelations-Funktionalen) oder der many-body Perturbationstheorie behandelt. Fortgeschrittene Ansätze umfassen GW-Methoden und die Bethe-Salpeter-Gleichung zur Berücksichtigung von Dynamik und Korrelation.

Konsequenzen der Elektronelektroninteraktionen umfassen chemische Bindung, Eigenschaften von Atomen und Festkörpern, Elektronenkorrelation, Mott-Insulatorität sowie Phänomene wie Supraleitung und Magnetismus, die durch Austausch- und Korrelationseffekte beeinflusst werden.

Experimentell werden Auswirkungen der Elektronelektroninteraktionen in Spektroskopie, Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) und Photoemission beobachtet; außerdem lassen sich Plasmonen und Quasiteilchen in Materialien untersuchen.