elektronendynamiek

Elektronendynamiek bestudeert hoe elektronen bewegen en reageren op invloeden zoals elektrische en magnetische velden, interacties met kernen en met andere elektronen, en met licht. De discipline bestrijkt zowel klassieke als quantummechanische beschouwingen en is essentieel voor begrip van processen in plasmas, chemische reacties en de elektronica van halfgeleiders en nanostructuren.

In de klassieke benadering volgen elektronen de Newton-vergelijking m dv/dt = q (E + v × B). In kristallen en nanostructuren kan ook een semiclassisch beeld worden gebruikt, waarbij de voortplanting van elektrongolven in k‑ruimte beschreven wordt met ħ dk/dt = -e E en de groep-snelheid v_n(k) = (1/ħ) ∇_k ε_n(k).

Quantummechanisch wordt de dynamiek beschreven door de tijdafhankelijke Schrödinger-vergelijking of, voor vele-deeltjesystemen, door tijdafhankelijke dichtheidsfunctionaaltheorie (TDDFT). Hier spelen elektronensamenwerking, elektron-phonon interacties en relaxatieprocessen een rol. Typische onderwerpen zijn coherent transport, attosecondische dynamiek zoals charge migration, en opto-elektronische respons.

Toepassingen en experimentele onderzoeken richten zich op ultrakorte tijden en snelle processen in atomen, moleculen en vaste stoffen. Technieken zoals pump-probe lasers, tijd-resolved photoemissie en attoseconde spectroscopie leveren informatie over de dynamiek van elektronen op femtoseconden- en attoseconden-schaal.