Elektronenkorrelationsphänomene

Elektronenkorrelationsphänomene beschreiben die Auswirkungen, die die Anwesenheit eines Elektrons auf das Verhalten anderer Elektronen in einem Atom oder Molekül hat. Dies liegt daran, dass Elektronen, als Fermionen, dem Pauli-Ausschlussprinzip unterliegen, das besagt, dass keine zwei Elektronen in einem System exakt denselben Quantenzustand einnehmen können. Infolgedessen meiden sich Elektronen gegenseitig, was als Korrelation bezeichnet wird.

Diese Korrelation beeinflusst die Energieniveaus und die räumliche Verteilung der Elektronen. Im einfachsten Modell eines Atoms, dem Hartree-Fock-Modell, wird die Wechselwirkung jedes Elektrons mit allen anderen Elektronen durch eine durchschnittliche Feldannahme approximiert. Dieses Modell berücksichtigt jedoch nicht die instantanen Abstoßungseffekte zwischen einzelnen Elektronen, die zu einer Verringerung der effektiven Elektronendichte in bestimmten Regionen des Raumes führt.

Die Berücksichtigung von Elektronenkorrelationen ist entscheidend für die genaue Beschreibung vieler physikalischer und chemischer Eigenschaften von Materie. Dazu gehören die Bindungsenergien von Molekülen, die elektronischen Bandstrukturen von Festkörpern, magnetische Eigenschaften und die optischen Spektren. Methoden wie die Korrelationsenergieberechnung im Rahmen der Quantenchemie oder die Behandlung von Mehrteilchenwechselwirkungen in der Festkörperphysik versuchen, diese Effekte zu quantifizieren und zu verstehen. Verschiedene Approximationsmethoden wurden entwickelt, um die Komplexität der exakten Berücksichtigung von Elektronenkorrelationen zu bewältigen.