Jeder von uns hat schon einmal die Erfahrung gemacht, dass man sich in der Masse anders verhält als wenn man auf sich selbst gestellt ist. Das gilt auch für Elektronen beispielsweise im Festkörper. So wie die l'ola in einem Stadium sich nur in einem System vieler Personen etablieren kann, gibt es auch in der Theorie der kondensierten Materie Effekte, die sich erst in einem Vielteilchensystem manifestieren. Quantentheoretisch gesehen führen diese zu neuen sogenannten Quasiteilchen, die effektive Massen und Ladungen haben, welche erheblich von denen der ihnen zugrunde liegenden Teilchen abweichen. Es können sogar völlig neuartige Quasiteilchen auftreten, die keinerlei Entsprechung unter den Elementarteichen besitzen.

Mitarbeiter des Fachgebiet Theoretische Physik I haben zu vielen Aspekten der Vielteilchen-Physik beigetragen:

• So wurde z.B. die extreme Zunahme der effektiven Masse hochkorrelierten Elektronen in f-Bändern untersucht, die zur Lokalisierung der Ladungsträger führt, analog dem kleinen Polaron. Zur Berechnung dieser Schwerfermionensysteme genannten Materialien werden im Rahmen renormierter Bandstrukturrechnungen konventionelle LDA-Programme mit speziellen Ansätzen für die Selbstenergie der hochkorrelierten f-Elektronen kombiniert. (s. obere Abbildung rechts)
• Motiviert durch die Kristallstruktur der Schwerfermionenverbindung LiV₂O₄ (s. untere Abbildung rechts), wurde von einem von uns ein weiteres aufregendes Phänomen theoretisch vorrausgesagt: Quasiteilchen mit halbzahliger effektiver Ladung in frustrierten Systemen. Im Grenzfall großer gegenseitiger Abstoßung gilt in solchen Systemen die Verwey-Anderson-Tetraeder-Regel, die besagt, dass jeweils nur zwei Elektronen pro Tetraeder, welche die Eckplätze besetzen, ein halbgefülltes Band bilden. In diesem ist die Bewegung der Elektronen jedoch durch die genannte Regel so hoch korreliert, dass sie effektiv als die Bewegung von Quasiteilchen mit halbzahliger Ladung erscheint.
• Von besonderem Intersse im Zusammenhang mit nanostrukturierten, amorphen und organischen Halbleitern ist die Beschreibung ihrer Transporteigenschaften mittels Nichtgleichgewichts-Greensfunktionen.
• Daneben beschäftigen wir uns mit Grundsatzfragen der Dichtefunktionaltheorie und der Weiterentwicklung numerischer Methoden in der Vielteilchenphysik.

Wenn Sie Fragen oder Interesse an einer Beleg-, Diplom-, bzw. Promotionsarbeit aus diesem Gebiet haben, wenden Sie sich bitte an Prof. Dr. Erich Runge.