Condensation phenomena in interacting Fermi and Bose gases

• Main Author: Männel, Michael
• Other Authors: Technischen Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Universitätsbibliothek Chemnitz 2011
• Subjects: BEC-BCS-Übergang; Matsubara-Technik; T-Matrix-Näherung; wechselwirkende Quantengase; excitation spectrum; Bose-Einstein condensation; BCS theory; BEC-BCS crossover; Matsubara technique; phase diagram; superfluidity; superconductivity; T-matrix approximation; many-body theory; interacting quantum gases; ddc:539; Bose-Einstein-Kondensation; Anregungsspektrum; BCS-Theorie; Phasendiagramm; Suprafluidität; Supraleitung; Vielteilchentheorie
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-77738; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-77738; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/7773/Dissertation_Michael_Maennel.pdf; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/7773/signatur.txt.asc

In dieser Dissertation werden das Anregungsspektrum und das Phasendiagramm wechselwirkender Fermi- und Bosegase untersucht. Zu diesem Zweck wird eine neuartige renormierte Kadanoff-Martin-Näherung vorgestellt, die Selbstwechselwirkung von Teilchen vermeidet und somit eine einheitliche Beschreibung sowohl der normalen als auch der kondensierten Phase ermöglicht. Für Fermionen findet man den BCS-Zustand, benannt nach Bardeen, Cooper und Schrieffer, welcher entscheidend ist für das Phänomen der Supraleitung. Charakteristisch für diesen Zustand ist eine Energielücke im Anregungsspektrum an der Fermi-Energie. Weiterhin tritt für Bosonen eine Bose-Einstein-Kondensation (BEC) auf, bei der das Anregungsspektrum für kleine Impulse linear ist. Letzteres führt zum Phänomen der Suprafluidität. Über die bereits bekannten Phänomene hinaus findet man eine dem BCS-Zustand ähnliche Kondensation von Zweiteilchenbindungszuständen, sowohl für Fermionen als auch für Bosonen. Für Fermionen tritt ein Übergang zwischen der Kondensation von Bindungszuständen und dem BCS-Zustand auf, der sogenannte BEC-BCS-Übergang. Die Untersuchung der Zustandsgleichung zeigt, dass im Gegensatz zu Fermi-Gasen und Bose-Gasen mit abstoßender Wechselwirkung Bose-Gase mit anziehender Wechselwirkung zu einer Flüssigkeit kondensieren oder sich verfestigen, bevor es zur Kondensation von Bindungszuständen oder zur Bose-Einstein-Kondensation kommt. Daher können diese Phänomene voraussichtlich nicht in der Gasphase beobachtet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das vorgestellte Näherungsverfahren sehr gut geeignet ist, die erwähnten Phänomene im Zusammenhang mit der Bose-Einstein-Kondensation zu beschreiben.