\newpage
\section{Theorie kondensierter Materie}

Die Aktivit\"aten im Bereich der Theorie der kondensierten Materie betreffen
einerseits die Entwicklung neuer quantenmechanischer, mathematischer und
statistisch-mechanischer Methoden zur Berechnung der physikalischen und
chemischen Eigenschaften von geordneten und ungeordneten Materialien: sie
dienen zum Studium der Festk\"orperoberfl\"achen und der Beschreibung von
komplexen Prozessen in Materialien und ihre Umsetzung in effiziente Software.
Andererseits werden diese Methoden auf Problemstellungen von fundamentalem wie
auch technologischem Interesse angewandt; hierzu geh\"oren u.a. folgende
Themenbereiche: exakt l\"osbare Modellsysteme, Untersuchungen der
strukturellen und thermodynamischen Eigenschaften von Materialien,
Phasenverhalten einfacher Systeme, Beschreibung magnetischer Eigenschaften von
Modellsystemen, Untersuchung dynamischer Wechselwirkungsprozesse zwischen
Oberfl\"achen und geladenen Teilchen und Photonen und elektrischer
Transporteigenschaften durch sogenannte Quantendots auf der Meso- und
Nano-Skala.

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%
%  Rainer Dirl  (Anfang)
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\subsection{Mathematische Grundlagen und Gruppentheorie}

Gegenstand der Mathematischen Grundlagen der Theoretischen Festk\"orperphysik
ist die Analyse mathematischer Modelle, die physikalische Ph\"a\-no\-mene
beschreiben. Sie umfa\ss t daher jenen Teil der Theoretischen Festk\"orphysik,
in dem man mit mathematisch strengen Methoden aus genau definierten
Grundannahmen exakte Ergebnisse ableitet. Das Ziel ist dabei nicht nur,
m\"oglichst alle Probleme der Theoretischen Festk\"orphysik mathematisch
einwandfrei zu formulieren, sondern auch Verallgemeinerungen systematisch zu
erforschen.

Die Gruppentheorie besch\"aftigt sich mit den algebraischen und analytischen
Strukturen von Gruppen und ihren Darstellungen.  Die meisten physikalischen
Probleme weisen gewisse r\"aumliche/zeitliche Symmetrien auf, d.h. die
Grundgleichungen sind gegen bestimmte Transformationen invariant. Aus diesen
Symmetrien lassen sich oft ohne genauere Festlegung des physikalischen Systems
weitreichende Schl\"usse auf die Gestalt der L\"osungen ziehen. Es ist
zweckm\"a\ss ig diese allgemeinen Aussagen von jenen zu trennen, die f\"ur das
betrachtete System spezifisch sind.

\subsubsection*{Software Pakete f\"ur Raumgruppen}
\vspace{-6pt}
{\sf Davies \fn{University of Wales, Bangor, Wales, UK \label{UCNW}}, 
Dirl,
Zeiner \fn{University of Nijmegen, Nijmegen, Netherlands \label{UNN}}}
\\[6pt]
Unter einer Raumgruppe eines Kristalls versteht man alle r\"aumlichen
Transformationen, die den Kristall in sich selbst \"uberf\"uhren, unter einer
magnetische Raumgruppe alle Transformationen, die eine magnetisch geordnete
Struktur invariant lassen. Der Anwendungsbereich der entwickelten Software
Pakete umfa{\ss}t alle gew\"ohnlichen und magnetischen Raumgruppen 
($230 + 230 + 1191$ Gruppen).

Die Software Pakete erlauben nicht nur theoretische Untersuchungen
(algebraische Eigenschaften, Gruppen-Untergruppen Beziehungen, Klassifikation
von Wyckoff-Positionen bei Symmetriereduktion, Identifikation von
Untergittern, Orbit-Splitting von Layer- und Rod-Gruppen, Darstellungstheorie,
Sub\-duk\-tions- und Clebsch-Gordan Matrizen), sondern auch praktische
Anwendungen (Analyse von Do\-m\"an\-struk\-turen bei Phasen\"uberg\"angen,
Symmetrisierung ebener Wellen,
Berechnung von Auswahlregeln).\\
{\small Paper: 
\ref{ddz1},
\ref{zj}}

\subsubsection*{Topologische Eigenschaften von Energieb\"andern ---
Berry Phasen}
\vspace{-6pt}
{\sf Zeiner $^{\ref{UNN}}$, 
Dirl, 
Davies $^{\ref{UCNW}}$}
\\[6pt]
Es wurde gezeigt, dass die regul\"aren Darstellungen von
kristallographischen Raumgruppen in direkte Summen
von {\it einfachen}, bzw. {\it elementare} Banddarstellungen
zerlegt werden k\"onnen. Diese Zerlegungen sind jedoch nicht
eindeutig, da im allgemeinen verschiedene in\"aquivalente Zerlegungen
zul\"assig sind, die mit den Symmetrien von entweder einer oder
mehreren Wyckoff Positionen verkn\"upft sind. Dies erlaubt die
Vorhersage m\"oglicher Strukturen von Energieb\"andern auf Grund von 
Symmetrie\"uberlegungen. \\ 
{\small
Paper:
\ref{zdd1}}

\newpage

\subsubsection*{Dispersions Wechselwirkungen (Clausius-Mosotti)}
\vspace{-6pt}
{\sf Hammerling \fn{Wissenschaftskolleg 'Computational
    Materials Science'}, 
Weinberger \fn{Institut f\"ur Elektrochemie und Festk\"orperchemie, TU
  Wien}, 
Kohn \fn{Physics Department, University of California (UCSB)},
Dirl}
\\[6pt]
Bei diesem Projekt wurden die Dispersionskr\"afte zwischen
makroskopischen K\"orpern untersucht, die aus polarsierbaren Atomen
aufgebaut sind. Dabei ist in diesem Modell die Wechselwirkung zwischen
den Elektronen und Kernen durch die Summe von Oszillatorpotentialen,
bzw. die Wechselwirkung zwischen zwei Atomen durch Van der Waal's
Kr\"afte beschrieben und als Korrektur das lokale Feld nach
Clausius-Mosotti ber\"ucksichtigt. \\
{\small
Vortrag:
B\ref{Ham2},
C\ref{Ham3},
C\ref{Ham4},
C\ref{Ham5}}


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%  Rainer Dirl  (Ende)
%
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%  Peter Kasperkovitz  (Anfang)
%
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\subsubsection*{Statistische Physik von Modellsystemen}
\vspace{-6pt}
{\sf P. Kasperkovitz, H. Renezeder, C. Tutschka}
\\[6pt]
Jede mathematische Beschreibung eines realen Systems, das aus einer
gro{\ss}en Zahl von Teilchen besteht, ist nur unter vereinfachenden Annahmen
\"uber die Art der Teilchen und ihre Wechselwirkungen m\"oglich. Gehen diese
Annahmen soweit, da{\ss} man nur mehr qualitative \"Ahnlichkeiten mit
Systemen erwarten kann, die man in der Natur vorfindet, spricht man von
``Modellsystemen''. Die ziemlich drastischen Vereinfachungen, die zur
Definition solcher Modellsysteme f\"uhren, haben den Zweck, die mathematische
Herleitung der thermodynamischen Eigenschaften des Systems aus seiner Dynamik 
genauer und schl\"ussiger, im g\"unstigsten Fall sogar exakt durchf\"uhren 
zu k\"onnen.

Bei den im Berichtzeitraum untersuchten Modellsystemen handelt es sich um
ein- und zweidimensionale Systeme, bei denen undurchdringliche (``harte'') 
Teilchen durch anziehende Kr\"afte endlicher Reichweite miteinander
wechselwirken. Um die Rechnungen und Simulationen zu vereinfachen, wurde
diese Anziehung durch Kastenpotentiale beschrieben; es gibt jedoch G\"unde
anzunehmen, da{\ss} eine realistischere Form der Paarwechselwirkung nichts
am qualitativen Verhalten des Systems \"andert. Bei den zweidimensionalen
Systemen wurde weiters angenommen, da{\ss} die Teilchen von quadratischer 
Form sind und nur translatorische Bewegungenen ausf\"uhren k\"onnen; wie 
sich diese ``unrealistischen'' Annahmen auf das thermodynamische Verhalten 
auswirken, ist eine noch offene Frage.

Bei den eindimensionalen Systemen wurden die ergodischen Eigenschaften des
3-Teilchen-Systems n\"aher untersucht, wobei sich zeigte, da{\ss} dieses
System (und wahrscheinlich auch alle anderen oben erw\"ahnten
Modellsysteme) eine spezielle Form von ``Soft Chaos'' aufweisen: Bei sehr
niedriger Energie ist das System pseudointegrabel, d.h. es treten im Laufe
der Zeit nur endlich viele verschiedene Teilchengeschwindigkeiten auf,
wobei die Zahl dieser Geschwindigkeiten mit der Energie zunimmt. Ab einer
bestimmten Energie wird die Zahl dieser Geschwindigkeiten unendlich
gro{\ss}, ihre Verteilung ist jedoch weit von der von der Ergodenhypothese
postulierten Gleichverteilung entfernt und wird mit wachsender Energie
immer schwieriger zu berechen. Um die mit den Zeitmittelwerten
\"ubereinstimmenden  Scharmittelwerte f\"ur gegebene Anfangsbedingungen
explizit angeben zu k\"onnen, mu{\ss} das Multiplikationsgesetz einer
Gruppe bestimmt werden, die von nichtlinearen Transformationen erzeugt
wird. Dieses Problem konnte erst f\"ur jene Energien gel\"ost werden, wo
es nur zwei solche erzeugenden Elemente gibt.


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%  Peter Kasperkovitz  (Ende)
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\newpage

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%  Gerhard Kahl  (Anfang)
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\subsection{Physik des fl\"ussigen Zustandes}

Ziel der in diesem Abschnitt vorgestellten Arbeiten ist die Untersuchung der
thermodynamischen und strukturellen Eigenschaften klassischer Fl\"ussigkeiten
und ihrer Mischungen.  Die dabei von uns entwickelten oder verwendeten
Verfahren sind Integralgleichungsverfahren und thermodynamische
St\"orungstheorien. Obwohl die Verfahren dieser beiden Klassen vom
physikalischen Standpunkt aus gesehen auf unterschiedlichen Grundlagen
basieren, liefern die verschiedenen Methoden -- dank sehr verfeinerter
Konzepte und verl\"a{\ss}licher numerischer Algorithmen -- Ergebnisse, die
innerhalb der numersichen Genauigkeit \"ubereinstimmen. Der Vergleich mit
Computersimulationen oder mit experimentellen Streudaten zeigt im allgemeinen
eine sehr befriedigende \"Ubereinstimmung.

\subsubsection*{Struktur und Thermodynamik einfacher Fl\"ussigkeiten
  und ihrer Mischungen} 
\vspace{-6pt} 
{\sf Lang, Leroch, Kahl, 
Likos \fn{Institut f\"ur Theoretische
Physik II, Heinrich-Heine-Universit\"at D\"usseldorf, Deutschland \label{HHU}}, 
Lomba \fn{Instituto de Qu{\'\i}mica F{\'\i}sica ''Rocasolano'', CSIC, Madrid,
    Spanien \label{CSIC}}}
\\[6pt]
Die 'optimzed random phase approximation' (ORPA) -- eine thermodynamische
St\"orungstheorie -- und darauf aufbauende Konzepte sind mittlerweilen f\"ur
fl\"ussige Mischungen mit -- im Prinzip -- beliebig vielen Komoponenten
implementiert; dabei sind auch polydisperse Mischungen ber\"ucksichtigt.
Diese fl\"ussigkeitstheoretischen Methoden wurde auf verschiedene
Modellsysteme angewandt.  Erg\"anzend wurden Rechnungen mit
Integralgleichungsmethoden (Rogers-Young Verfahren, 'modified hypernetted
chain approximation') durchgef\"uhrt.  In Kooperation mit ausl\"andischen
Gruppen wurden diese Ergebnisse mit Resultaten aus Computersimulationen
verglichen: die Ergebnisse zeigen eine sehr gute \"Ubereinstimmung.\\
{\small
Vortrag: 
C\ref{Kah00} \\
Projekt: 
FWF P13062-TPH, 
FWF P14371-TPH, 
Wiener Handelskammer}

\subsubsection*{Struktur und Thermodynamik von Fl\"ussigkeiten in
  por\"osen Medien}
\vspace{-6pt} 
{\sf Sch\"oll-Paschinger \fn{Wissenschaftskolleg 'Computational
    Materials Science' \label{WK}}, Kahl, 
Levesque \fn{Laboratoire de Physique Th\'eorique,
    Universit\'e de Paris-Sud, Orsay, Frankreich \label{Orsay}}, 
Weis $^{\ref{Orsay}}$,
Fernaud $^{\ref{CSIC}}$}
\\[6pt]
Einfache Fl\"ussigkeiten, die in Kontakt mit einer por\"osen Matrix sind,
k\"onnen als eine spezielle bin\"are Mischung angesehen werden, bei der die
Matrixteilchen an ihren Orten fixiert werden; die Fl\"ussigkeitsteilchen
k\"onnen sich in dem somit verbleibenden Raum bewegen.  Derartige Systeme
zeigen bereits bei geringer Porosit\"at (d.h. geringer Packungsdichte der
Matrix) ein Phasenverhalten, das sich vom Phasenverhalten der reinen
Fl\"ussigkeit deutlich unterscheidet.  Der zur Beschreibung derartiger Systeme
hergeleitete Formalismus wurde f\"ur den Fall einer bin\"aren Fl\"ussigkeit in
einem Programmpaket implementiert.  Die strukturellen Eigenschaften wurden mit
Ergebnissen aus Computersimulationen verglichen und zeigen eine sehr gute
\"Ubereinstimmung. Weiters wurde das Konzept dahingehend erweitert, da{\ss}
die Teilchen Ladungen sowie Dipolmomente tragen k\"onnen. Mit dieser
Modellbildung k\"onnen technologisch relevante Problemstellungen besser
beschrieben werden.
\\
{\small 
Vortrag: 
A\ref{cecam}, 
B\ref{GRC}, 
C\ref{stell} \\
Paper: 
\ref{euro}, 
\ref{pas01} \\
Projekt: 
FWF W004, 
FWF P13062-TPH, 
Projekt Amad{\'e}e IV.6}

\newpage

\subsubsection*{Struktur und Thermodynamik von Systemen mit
  ultraweichen Wechselwirkungen}
\vspace{-6pt} 
{\sf Lang, 
Likos $^{\ref{HHU}}$, 
L\"owen $^{\ref{HHU}}$}
\\[6pt]
Manche Suspensionen mesoskopischer Teilchen, wie etwa Polymere, lassen
sich sehr gut durch s.g. ultraweiche Potentiale beschrieben. 
Charakteristisch f\"ur diese Klasse von Wechselwirkungen ist, da{\ss} sich 
die Teilchen -- im Gegensatz zu atomaren Fl\"ussigkeiten -- in einem hohen 
Ma{\ss} durchdringen k\"onnen. Die einfachsten entsprechenden Modellsysteme 
sind durchdringbare Kugeln und Fl\"ussigkeiten, deren Wechselwirkung durch 
ein Gau{\ss}-Potential beschrieben werden. Aufbauend auf die Arbeiten
aus dem Vorjahr wurden die Phasendiagramme dieser Systeme berechnet; es
konnten Kriterien angegeben werden, unter welchen Umst\"anden 'reentrant
melting' beobachtet wird. \\  
{\small
Paper: 
\ref{lik01} \\
Projekt: 
FWF P13062-TPH}


\subsubsection*{Selbstkonsistente Verfahren in der Fl\"ussigkeitsphysik} 
\vspace{-6pt}
{\sf Reiner, 
Sch\"oll-Paschinger $^{\ref{WK}}$, Kahl, 
Stell \fn{Department of Chemistry, State University of New York, Stony Brook, USA}, 
Pini \fn{Dipartimento di Fisica, Universit{\`a} degli Studi di Milano, Milano, Italien}}
\\[6pt]
Herk\"ommliche Verfahren in der Fl\"ussigkeitstheorie (wie
Integralgeichungsverfahren oder thermodynamische St\"or\-ungstheorien) k\"onnen
das Verhalten von Fl\"ussigkeiten in der N\"ahe der Phasentrennungskurve und
in der N\"ahe des kritischen Punktes zwar {\it qualitativ}, aber nicht {\it
  quantitativ} richtig beschreiben; der Grund daf\"ur liegt in der Tatsache,
da{\ss} diese Methoden die langreichweitigen Fluktuationen, die bei
Phasen\"uberg\"angen charakteristisch sind nicht ber\"ucksichtigen.  Es wurde
an der Implementierung von zwei Konzepten weiter gearbeitet, die in den
letzten Jahren vorgeschlagen wurden und die diese Effekte explizit
ber\"ucksichtigen k\"onnen ('hierarchical reference theory' -- HRT und
'self-consistent Ornstein-Zernike approximation' -- SCOZA). Im Fall der HRT
wurden die numerischen Tests f\"ur verschiedene Modellsysteme abgeschlossen
und zusammengefa{\ss}t. Das Konzept der SCOZA wurde f\"ur den
Einkomponentenfall verfeinert und auf den Fall einer bin\"aren fl\"ussigen
Mischung erweitert.\\  
{\small 
Vortrag: 
C\ref{Kah00}, 
C\ref{stell} \\
Projekt: 
FWF W004, 
FWF P13062-TPH}

\subsubsection*{Asymptotisches Verhalten von Paarverteilungsfunktionen und 
  von Dichteprofilen}
\vspace{-6pt}
{\sf Tutschka, 
Kahl, 
Gutlederer, 
Sch\"oll-Paschinger $^{\ref{WK}}$, 
Pastore \fn{Dipartimento di Fisica Teorica, Strada Costiera 11,
  I-34014, Trieste, Italy}, 
Evans \fn{H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, United
  Kingdom \label{HHW}}}
\\[6pt]
Aus den Nullstellen der Laplace-Transformierten der Paarverteilungsfunktionen
einer homogenen Fl\"ussigkeit (oder fl\"ussigen Mischung) kann 
man auf das Verhalten dieser Funktionen bei langen Reichweiten schlie{\ss}en,
wobei entweder ein abfallen-oszillierendes oder ein exponentiell ged\"ampftes
Verhalten beobachtet wird. Diese Beobachtungen gelten nicht nur f\"ur das
homogene Systen sondern z.B. auch f\"ur das Dichteprofil des entsprechenden
inhomogenen Systems. Dies wiederum l\"a{\ss}t Vorhersagen \"uber
s.g. 'prewetting' Ph\"anomene zu. Vorerst wurden die Untersuchungen an jenen
Modellsystemen der Fl\"ussigkeitsphysik durchgef\"uhrt, wo im Rahmen
geeigneter N\"aherungen analytische L\"osungen f\"ur die Strukturfunktionen
zur Verf\"ugung stehen. Derzeit wird an der Erweiterung der Rechnung auf den
allgemeinen Fall gearbeitet, wo die Rechnungen numerisch druchgef\"uhrt werden
m\"ussen.\\  
{\small 
Paper: 
\ref{tut01a} \\ 
Projekt: Wiener Handelskammer}

\newpage

\subsubsection*{'depletion potential' in bin\"aren Kolloid-Polymer Mischungen}
\vspace{-6pt}
{\sf Kahl, Winkler, 
Evans $^{\ref{HHW}}$, 
Likos  $^{\ref{HHU}}$}
\\[6pt]
Sind die Teilchengr\"o{\ss}en in einer bin\"aren fl\"ussigen Mischung stark
verschieden, so kommt es -- als Folge des s.g. 'excluded volume' Effekts -- zu
einem anziehenden effektiven Paarpotential ('depletion potentials') zwischen
den gro{\ss}en Fl\"ussigkeitsteilchen; dies gilt auch, wenn alle
Paarpotentiale der bin\"aren Mischung rein absto{\ss}end sind. Experimentell
l\"a{\ss}t sich eine derartige Situation etwa mit Hilfe von Kolloid-Polymer
Mischungen veranschauelichen. F\"ur das theoretische Modell ist es am
zweckm\"a{\ss}igsten, eine asymmetrischen Mischungen harter Kugeln zu
betrachten. Mit Hilfe einer tern\"aren Mischung harter Kugeln wurde in diesem
Projekt eine bin\"are Kolloid-Polymer Mischung untersucht. Die 'depletion
potentials' lassen sich in erster N\"aherung mit Hilfe von \"Uberlapp-Volumina
von Kugeln berechnen. Struktur und thermodynamische Eigenschaften, sowie das
Phasenverhalten dieser Systeme wird untersucht.
\\  
{\small 
Projekt: Wiener Handelskammer}

\newpage

\subsection{Phasen\"uberg\"ange in der 'soft condensed matter' Physik}

Das Phasendiagramm einfacher Systeme, die in unserer Arbeitsgruppe untersucht
werden (wie etwa atomare Fl\"ussigkeiten, Kolloide, Polymere, etc.) kann -- je
nach Wechselwirkungstyp -- sehr komplexe Formen annehmen: so werden neben dem
wohlbekannten, van der Waals-\"ahnlichen Phasenverhalten, auch Phasendiagramme
beobachtet, bei denen ein direkter \"Ubergang von der gasf\"ormigen in die
feste Phase oder isostrukturelle fest-fest Phasen\"uberg\"ange m\"oglich sind.
Die Vielfalt derartiger Phasendiagramme ist nat\"urlich im Fall bin\"arer
Fl\"ussigkeiten noch viel gr\"o{\ss}er. Ziel dieses Arbeitsbereiches ist es,
basierend auf Methoden der Fl\"ussigkeitstheorie das Phasenverhalten
derartiger Systeme vorherzusagen und mit jenem experimentell untersuchten
Systemen zu vergleichen.

\subsubsection*{Konstruktion klassischer Dichtefunktionale in der
  Fl\"ussigkeitsphysik}
\vspace{-6pt}
{\sf Tutschka, Lang, Kahl, 
Roth \fn{MPI f\"ur Metallforschung, Stuttgart, Deutschland \label{MPIM}}}
\\[6pt]
Die Kenntnis verl\"a{\ss}licher Dichtefunktionale ist unerl\"a{\ss}lich f\"ur
die Beschreibung von Erstarrungsph\"anomenen in der Fl\"ussigkeitsphysik.
Basierend auf einer Idee von Percus wurde, ausgehend von der direkten
Korrelationsfunktion der homogenen Fl\"ussigkeit, ein Dichtefunktional f\"ur
adh\"asive harte Kugeln konstruiert. Aus (semiempirischen) Parametrisierungen
der Zustandsgleichungen von Mischungen harter Kugeln, wurden ebenfalls
Dichtefunktionale ermittelt. Der Vergleich der Ergebnisse f\"ur strukturelle
und thermodynamische Eigenschaften mit Daten aus Computersimulationen zeigt
eine deutliche Verbesserung.
\\
{\small
Vortrag: 
C\ref{Kah00} \\
Paper: 
\ref{tut01a} \\
Projekt: 
FWF P13062-TPH, 
Wiener Handelskammer}

\subsubsection*{Phasenverhalten einfacher Fl\"ussigkeiten und ihrer
  Mischungen}
\vspace{-6pt} 
{\sf Lang, Leroch, Sch\"oll-Paschinger $^{\ref{WK}}$, Kahl, Gottwald, Widl, 
Likos  $^{\ref{HHW}}$, 
Denton \fn{Department of Physics, North Dakota State University, Fargo, USA}, 
Roth  $^{\ref{MPIM}}$}
\\[6pt]
Mit Hilfe fl\"ussigkeitstheoretischer Methoden lassen sich die \"Uberg\"ange
von der fl\"ussigen in die gasf\"ormige Phase mit Hilfe der bekannten
Gleichgewichtsbedingungen einfach berechnen. Zur Beschreibung des festen
Zustandes greift man im allgemeinen auf die klassische Dichtefunktionaltheorie
zur\"uck und betrachtet den Festk\"orper als eine hochgeordnete, stark
inhomogene fl\"ussige Phase. Zur (n\"aherungsweisen) Konstruktion der
ben\"otigten Dichtefunktionale werden derzeit bekannte Modelle (WDA,
'modified' WDA -- MWDA, etc.) verwendet, bzw. neue Modelle vorgeschlagen.
F\"ur Systeme mit kurzreichweitigen Wechselwirkungen ('square-well'-,
'square-shoulder'-, Yukawa-Potentiale) wurden isostrukturelle fest/fest
\"Uberg\"ange untersucht und mit Ergebnissen aus Computersimulationen
verglichen. Die MWDA wurde auf den bin\"aren Fall erweitert: das
Erstarrungsverhalten von Mischungen harter Kugeln und von symmetrischen
Mischungen bin\"arer Hartkugel-Yukawa Systeme werden untersucht.
Phasendiagramme polydisperser fl\"ussiger Mischungen wurden mit Hilfe eines
van der Waals Modells berechnet. Die 'self-consistent Ornstein-Zernike
approximation' wurde zur Berechnung der Phasendiagramme von Fullerenen
herangezogen. Im bin\"aren Fall wurde an Hand von symmetrischen Mischungen die
'reentrant miscibility' untersucht.\\
{\small
Vortrag: 
C\ref{Kah00} \\
Projekt: 
FWF W004, 
FWF P13062-TPH, 
FWF P14371-TPH, 
Wiener Handelskammer}
\newpage

\subsubsection*{Phasenverhalten bin\"arer Fl\"ussigkeiten in por\"osen
  Medien}
\vspace{-6pt}
{\sf 
Sch\"oll-Paschinger $^{\ref{WK}}$, Kahl, 
Levesque $^{\ref{Orsay}}$, 
Weis $^{\ref{Orsay}}$, 
Fernaud $^{\ref{CSIC}}$}
\\[6pt]
Die Untersuchungen von Phasendiagrammen bin\"arer fl\"ussiger Mischungen in
Kontakt mit einer por\"osen Matrix (\"Ubergang zwischen einer dampff\"ormigen
sowie einer homogen gemischten und entmischten Fl\"us\-sigkeit) wurden auf
komplexere Systeme erweitert: bei der Matrix wurde Polydispersit\"at
ber\"ucksichtigt, bei den Wechselwirkungen der Fl\"ussigkeitsteilchen wurden
Ladungen und Dipolmomente ber\"ucksichtigt. Erste Vergleiche mit Daten aus
gro{\ss}kanonischen Monte-Carlo Simulationen zeigen eine sehr
zufriedenstellende \"Ubereinstimmung. \\
{\small
Vortrag: 
A\ref{cecam}, 
B\ref{GRC}, 
C\ref{stell} \\
Paper: 
\ref{euro}, 
\ref{pas01} \\
Projekt: 
FWF W004, 
FWF P14371-TPH, 
Projekt Amad{\'e}e IV.6}

\subsubsection*{Phasenverhalten von Mischungen aus Kolloiden und
  Polymeren}
\vspace{-6pt}
{\sf Lang, Kahl, Winkler, 
Likos $^{\ref{HHU}}$}
\\[6pt]
Aus theoretischen und experimentellen Untersuchungen wei{\ss} man, da{\ss}
sich Mischungen aus Kolloiden und Polymeren sehr gut durch ein
bin\"ares, stark nicht-additives Hartkugelsystem beschreiben lassen.
Mittelt man bei der Berechnung der Zustandssumme 
\"uber die Freiheitsgrade der Polymerteilchen, so erh\"alt
man ein effektive Einteilchenpotential f\"ur die Kolloidteilchen 
(Asakura-Oosawa Potential),
das eine einfache analytische Form besitzt. In Abh\"angigkeit des
Gr\"o{\ss}enverh\"altnisses der Kolloide zu den Polymeren ergeben sich
verschiedene Phasendiagramme, die nun mit Hilfe sehr verl\"a{\ss}licher
Fl\"ussigkeitstheorien untersucht wurden. Die Untersuchungen wurden auf den
Fall einer bin\"aren Kolloid-Polymer Mischung ausgedehnt.
 \\
{\small
Vortrag: 
C\ref{Kah00} \\  
Projekt: 
FWF P11194-TPH, 
WF P13062-TPH}

\subsubsection*{Phasenverhalten magnetischer Modellsysteme}
\vspace{-6pt}
{\sf Sch\"oll-Paschinger $^{\ref{WK}}$, Kahl, 
Stell \fn{Department of Chemistry, State University of New York, Stony Brook, USA}, 
Rosinberg \fn{Laboratoire de Physique Th{\'e}orique des Liquids,
    Universit{\'e} Pierre et Marie Curie, Paris, Frankreich}, 
H{\o}ye \fn{Institutt for fysikk, NTNU, Trondheim, Norwegen}}
\\[6pt]
Die Formalismen, die zur Beschreibung des Phasenverhaltens und der
Kritikalit\"at von Fl\"ussigkeiten (und deren Mischungen) in unserer Gruppe
entwickelt wurden, lassen sich f\"ur magnetische Modellsysteme (Ising-,
Potts-Modell, etc.) verallgemeinern. Derzeit wird an der Umstellung des
Formalismus und seiner Implementierung gearbeitet. \\
{\small
Projekt: 
FWF W004}

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%  Gerhard Kahl  (Ende)
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\newpage

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%
%  Joachim Burgdoerfer  (Anfang)
%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

\subsection{Ion -- Oberfl\"achen Wechselwirkung}
\vspace*{-6pt}
Die Streuung von Ionen an Oberfl\"achen ist mit einer Vielzahl  
von inelastischen Prozessen verbunden, die den Response der Oberfl\"ache auf 
ein starkes zeitabh\"angiges Coulombfeld proben. Von besonderem 
Interesse sind dabei hochgeladene Ionen, f\"ur die die in den 
Streuproze{\ss} eingebrachte reaktive potentielle Energie gr\"o{\ss}er 
sein kann als die kinetische Energie der Translationsbewegung. In
diesem Grenzfall ist nicht mehr die Sto{\ss}geschwindigkeit, sondern
der Ladungszustand und das Ionisationspotential die entscheidende
Gr\"o{\ss}e, die \"uber den Ablauf des Streuprozesses entscheidet.
Vergleichende Untersuchungen f\"ur Metalle, Halbleiter und
Isolatoroberfl\"achen geben Aufschlu{\ss} \"uber Unterschiede der
dielektrischen Antwort und Abschirmung sowie den Ladungstransfer.

\subsubsection*{Quantenchemische Rechnungen f\"ur die Wechselwirkung
von einfach geladenen Ionen mit Isolatoroberfl\"achen}
\vspace*{-6pt}
{\sf Burgd\"orfer, Wirtz,
Dallos \fn{Institut f\"ur Theoretische
Chemie, Universit\"at Wien \label{ITC}},
M\"uller $^{\ref{ITC}}$,
Lischka $^{\ref{ITC}}$}
\\[6pt]
Die Beschreibung der Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit
Isolatoroberfl\"achen mit Methoden, die f\"ur Ion-Metall Wechselwirkungen
entwickelt wurden (``Classical-Over-Barrier Model''), ist aufgrund
der inhomogenen Elektronendichte nur in eingeschr\"anktem Rahmen m\"oglich.
F\"ur einfach geladene Projektil-Ionen vor einer LiF-Oberfl\"ache f\"uhren wir
ab-initio Rechnungen mit dem Quantenchemiecode COLUMBUS durch. Ziel ist die
genaue Berechnung der Potentialkurven sowie der Identifizierung von vermi
edenen Kreuzungen, an denen der
Elektronen\"ubergang zwischen einem in der Oberfl\"ache eingebetteten
Li$_m$F$_n$-Cluster und dem Projektil-Ion stattfindet. Wir finden,
da{\ss} Rechnungen auf den Hartree-Fock Level
 nicht ausreichen, um relevante Kreuzungen zu bestimmen. Nur unter
 Einschlu{\ss} 
von Korrelationseffekten im Rahmen von multi-reference configuration
interaction 
(MRCI) erhalten wir Potentialfl\"achen, die Aussagen \"uber den
Ladungstransfer erlauben. Die Anwendung auf LiF Oberfl\"achen erlaubt
die Absch\"atzung f\"ur die Schwelle des Ladungstransfer als
Funktion der Projektilbindungsenergie.\\
{\small 
Vortrag:
B\ref{B01VC-1},
B\ref{B01VC-11},
B\ref{B01VC-12},
A\ref{isiaclw} \\
Projekt: FWF-Projekt: ``Interaction of Highly Charged Ions with
Surfaces''}

\subsubsection*{Observation of the trampolin effect for multiply
  charged ions scattered from LiF surface} 
\vspace*{-6pt}
{\sf Burgd\"orfer, Lemell, Wirtz, Reinhold $^{\ref{ornl}}$, 
H\"agg \fn{Midsweden University, Sundsvall, Sweden \label{msu}}}
\\[6pt]
Recently, Briand and converkers claimed to have observed a
backscattering effect for highly charged ions from surfaces. Due
to the microscopic charge-up by distant electron capture the ion
will be backscattered from the repulsive interaction with the
localised ensemble of holes before touching down. We have
performed simulations using the classical over barrier model for
backscattering. We could show that for realistic parameters of
hole mobilities and charge transfer rates, backscattering due to
the collective effects of holes is absent.\\
{\small Vortrag:
B\ref{B01VC-5},
B\ref{bari00},
C\ref{dresa}\\
Paper:
\ref{wir01} \\
Projekt: FWF-Projekt: ``Interaction of Highly Charged Ions with
Surfaces''}

\newpage

\subsubsection*{Secondary-Particle Emission in Ion-Surface Collisions}
\vspace*{-6pt}
{\sf Burgd\"orfer, Lemell, Wirtz, 
Aumayr \fn{Institut f\"ur Allgemeine Physik, TU Wien \label{IAP}}, 
St\"ockl $^{\ref{IAP}}$, Winter $^{\ref{IAP}}$,
Reinhold $^{\ref{ornl}}$, H\"agg $^{\ref{msu}}$}
\\[6pt]
The investigation of ion-surface interactions is investigated at TU Vienna
both experimentally and theoretically. While our group has been quite
successful in describing secondary-particle (in particular electron-)
emission form metal surfaces using semiclassical methods, experiments using
insulators as target material have opened a new field of activity. The
electronic structure of insulators (band gap, localized valence electrons)
made it necessary to develop new tools to simulate the neutralization
sequence of an incoming highly charged ion as well as the transport of the
resulting electronic excitation within the insulator. One recent
advance was the discovery of a new 
effective sputtering mechanism which requires the simultaneous
presence of both kinetic and potential energy of the projectile.
This is different from conventional chinetic or potential
sputtering where either binary collisions of a energetic particle
or electronic excitation due to surface electron transfer and the
precursor of particle emission.\\
{\small 
Vortrag:
A\ref{B01V-5},
C\ref{CLV-01},
C\ref{CLV-02} \\
Paper:
\ref{Hay1},
\ref{lem1},
\ref{B01-1}\\
Projekt: FWF-Projekt: ``Interaction of Highly Charged Ions with
Surfaces''}

\subsubsection*{Towards a Full Three Dimensional Quantum Mechanical
Simulation of Metal Surfaces in External Fields}
\vspace*{-6pt}
{\sf Burgd\"orfer, Lemell, 
Tong \fn{Cold Trapped Ions Project, ICORP, JST,
Tokyo, Japan \ref{XMT}}}
\\[6pt]
We aim at the description of electronic excitations and
transfer processes in strong external fields (Coulomb, laser) at
metal surfaces on a quantum mechanical level. We perform calculation
within the framework of time-dependent density functional theory
(TDDFT). The ground state wave functions
of the system which are calculated using density functional theory are
propagated in the external field. In a first step, we will compare results
of our code to predictions of the (semi-) classical over the barrier (COB)
model which has been very successful in describing ion-metal interaction
processes. Testing the essential ingredients of this model (e.g., the
distance at which the first electron transfer to the projectile takes place)
will help to determine its range of validity. In a later stage,
simulations of metal surfaces interacting with fs-laser pulses are planned.\\
{\small Vortrag:
B\ref{lem2},
B\ref{lem5},
C\ref{lem03} \\
Projekt: SFB des FWF \glqq ADLIS\grqq}


\subsubsection*{Scattering of Highly Charged Ions at Microcapillaries}
\vspace*{-6pt}
{\sf T\H ok\'esi, Wirtz, Lemell, Tong $^{\ref{XMT}}$, Burgd\"orfer}
\\[6pt]
Transmission of highly charged ions through microcapillaries
is studied theoretically by a classical trajectory simulation based on the
classical-over-the-barrier model. We find the resulting charge state
distribution of transmitted projectiles in good agreement with measurements.
We analyze the angular distributions and the distribution of the mean
occupation numbers of $n$ shells of highly charged ions. We also investigated
the energy loss of the highly charged ions undergoing distant collisions
at grazing incidence angles with the internal surface of the microcapillary
target.\\
{\small
Vortrag:
A\ref{Tok01v7},
A\ref{Tok01v1},
B\ref{B01VC-9},
B\ref{Tok01v6},
B\ref{lem4},
B\ref{B01VC-7}\\
Paper:
\ref{B01-8},
\ref{tok1}\\
Projekt: FWF Projekt ``Interaction of Highly Charged Ions with
Surfaces''}

\newpage

\subsection{Ion-Festk\"orper-Wechselwirkung}
\subsubsection*{Transport of relativistic highly charged ions through
  thin foils}
\vspace*{-6pt}
{\sf Burgd\"orfer, Seliger, T\H ok\'esi, 
Reinhold $^{\ref{ornl}}$,
Minami $^{\ref{ornl}}$}
\\[6pt]
The transport of swift highly charged hydrogenic ions through thin
self-supporting foils provid
testing ground for the description of the interaction of the internal degrees of
freedom of a system (the atom) embedded in an environment, the solid,
which causes strong perturbations of the 
system. By calculating an excellent emission of convoy electrons
by means of a classical Monte Carlo simulation we investigate the relative
role of elastic and inelastic collisions during the random walk of the
projectile electron. Using a quantum mechanical description of the
projectile atomic system we analyze various aspects of the
projectile-solid interaction. These are the mixing of bound states due to
induced polarizations in the solid, radiative decay and collisional
redistribution of the electronic population. A quantum trajectory Monte
Carlo simulation has been implemented for collision systems where these
effects are of a comparable strength (for example: Kr$^{35+}$ on amorphous
carbon at an energy of 60 MeV/amu) allowing a detailed study of the
projectile-solid interaction. Comparison with experimental data show a
good agreement with our results.\\
{\small
Vortrag: 
B\ref{MSel-V01},
B\ref{MSel-V02},
B\ref{MSel-V03},
B\ref{VB01-14},
B\ref{VB01-13},
B\ref{VB01-12} \\
Paper: 
\ref{MSel-P01},
\ref{B01-09}\\
Projekt: FWF Projekt: \glqq Quantenmechanische Transporttheorie\grqq\\
Diplomarbeit: \ref{SelDip}}

\subsection{Piezoelektrische Sensoren}
\vspace*{-6pt}
{\sf Nowotny,
Benes \fn{Institut f\"ur Allgemeine Physik, TU Wien \label{IAP11}}, 
Gr\"oschl $^{\ref{IAP11}}$}       
\\[6pt]
Bei piezoelektrischen Sensoren wird die durch die Umgebung bedingte
Frequenz\"anderung von piezoelektrischen Volumsresonatoren zur Bestimmung
bestimmter Eigenschaften dieser Umgebung ben\"utzt.
Die Ver\"anderung mehrerer Resonanzfrequenzen eines piezoelektrischen
Volums\-resonators bei der Ankopplung
an zu untersuchende Materialien kann zur gleichzeitigen 
Be\-stimmung von mehreren Materialkonstanten (z.B.\ Massendichte und
viskose Z\"ahigkeit einer Fl\"ussigkeit) 
oder zur Kompensation st\"orender Einfl\"u\ss{}e (z.B.\ der
Temperatur) bei der genauen Messung einer Materialeigenschaft 
verwendet werden.

Bei der Ultraschallseparation werden die durch ein stehendes
Ultraschallfeld auf suspendierte Teilchen ausge\"ubten 
Schallstrahlungskr\"afte zur Manipulation dieser Teilchen verwendet.
Bei dem im Berichtszeitraum vor allem untersuchten 'h-shape'
Teilchenseparator werden diese Schallstrahlungskr\"afte dazu verwendet, in
einer auseinanderstr\"omenden Suspension (ein Einla\ss{}, aber zwei
Ausl\"asse mit entsprechend vergr\"o\ss{}erten Querschnitt) die Teilchen in
Gleitebenen festzuhalten und sie so nur in einen der beiden Ausl\"asse
hinauszulassen.
Im anderen Ausla\ss{} erh\"alt man dann eine gereinigte
Fl\"ussigkeit ohne suspendierte Teilchen. \\ 
{\small Vortrag: 
B\ref{hn014},
B\ref{hn012}, 
B\ref{hn013}} 
