electroninteracties

Elektroninteracties verwijzen naar de wisselwerkingen waarin elektronen betrokken zijn: met andere elektronen, met kernen, met elektromagnetische velden en met andere quasipartikels. Ze bepalen de structuur van atomen en moleculen en de eigenschappen van materialen. In kwantumsystemen leiden ze tot verschijnselen zoals screening, correlatie en collectieve excitaties.

Elektron-elektron-interacties ontstaan vooral door de Coulomb-interactie tussen elektronen. Door de fermionische aard en de antisymmetrie van de golffunctie ontstaan naast de directe repulsie ook exchange- en correlatie-effecten. In materialen wordt de werking bovendien gereduceerd door screening door overige ladingsdragers.

Elektron-phonon-interacties vormen de koppeling tussen elektronen en trillingen van het kristalrooster. Ze beïnvloeden de elektronmobiliteit en de weerstand, dragen bij aan temperatuurafhankelijke geleidbaarheid en spelen een centrale rol in supergeleiding via Cooper-paren. Ze kunnen ook polaronvorming veroorzaken.

Elektron-foton-interacties beschrijven de interactie van elektronen met elektromagnetische straling. Ze leiden tot absorptie, emissie en scattering, en onderbouwen verschijnselen zoals het foto-elektrische effect, Raman-spectroscopie en Compton-scattering. Bij sterke velden en snelle processen is een quantumelectrodynamische beschrijving vaak nodig.

Elektron-kern-interacties zijn de coulomb-interacties tussen elektronen en de kern(en). Ze bepalen de energiestructuur van atomen en moleculen en de verdeling van elektronen over de elektronenschillen. In materialen spelen screening en relativistische effecten vooral bij zwaardere elementen een rol.

Methoden en toepassingen: Het theoretisch beschrijven van elektroninteracties gebeurt met benaderingen zoals Hartree-Fock, density functional theory en many-body perturbatie theory (GW, Bethe-Salpeter). Experimenten gebruiken technieken als ARPES, EELS, elektronenmicroscopie en spectroscopie. De studie van elektroninteracties is cruciaal voor begrip van geleidbaarheid, spectroscopie, chemische binding en materiaalkenmerken.