Anregungen machen feste Stoffe erst richtig interessant. Das ist wie bei einem Pendel. Wenn es ruht, beachtet man es nicht. Wenn man es aber auslenkt, es sozusagen aus seiner Ruhelage heraus "anregt", beginnt es zu schwingen und zieht unser Interesse auf sich.

In festen Stoffen, oder Festkörpern wie der Physiker sagt, gibt es viele Möglichkeiten der Anregung. Wir in der Quantenchemiegruppe interessieren uns vor allem für die elektronischen Anregungen. Sie sind u.a. für die meisten optischen Eigenschaften fester Stoffe im sichtbaren Bereich verantwortlich, so zum Beispiel für die Farbe von Edelsteinen oder die Funktionsweise von Leuchtdioden. Sie spielen aber auch in anderen Bereichen wie der Halbleitertechnologie eine große Rolle.

Abb.1 Typische chemische Struktur des Licht emittierenden Werkstoffs in einer auf organischen Leuchtdioden basierenden Anzeige der Firma Philips (mit freundlicher Genehmigung)

Der Grundmechanismus der elektronischen Anregung durch Licht ist seit langem verstanden. Auf atomarer Skala (10^-10 m), dort also wo sich Materie als weitmaschige Anordnung punktförmiger Atomkerne darstellt, die von losen, wolkenartigen Formationen aus Elektronen umflutet werden, bedeutet elektronische Anregung eine durch (quantisierte) Aufnahme oder Abgabe von Lichtenergie verursachte, sprunghafte Veränderung der Gestalt einer solchen Elektronenwolke.

So einfach der elementare Vorgang der elektronischen Anregung auch sein mag, zuverlässige quantitative Vorhersagen der optischen Eigenschaften fester Stoffe mittels Computersimulation des Anregungsprozesses auf atomarer Skala sind bis heute kaum möglich. Dies liegt vor allen daran, daß man es in einem Festkörper - selbst wenn man davon nur ein winziges, nur wenige Nanometer (10^-9 m) großes Körnchen betrachtet - mit einer unüberschaubaren Anzahl von Elektronen zu tun hat. Sie alle stoßen sich gegenseitig ab, versuchen also, sich möglichst weit aus dem Weg zu gehen. Dies bedingt, daß jede Veränderung der Elektronenwolke für ein Elektron stets auch ein "Nachrutschen" aller anderen Elektronen mit sich bringt. Der Quantenphysiker spricht hier von (elektronischer) Korrelation. Diese Form der kollektiven Antwort auf eine Elementaranregung quantitativ zu erfassen, ist das Ziel unserer Arbeit. Ist dies gelungen, hat man Zugriff auf alle für die Beschreibung elektronischer Anregungen relevanten Größen.