2. Optische (bzw. dielektrische) Eigenschaften von Festkörpern

Eine typische Nicht-Gleichgewichts-Situation für die Festkörper-Elektronen entsteht insbesondere durch das Anlegen von (bzw. die Bestrahlung mit) zeitabhängigen elektromagnetischen Feldern (Licht etc.). Es werden zunächst aus der (klassischen) Elektrodynamik (in Materie) bekannte Relationen für bzw. zwischen den Größen elektrische Suszeptibilität, (frequenzabhängige) Dielektrizitätskonstante, Brechungsindex, dynamische (frequenzabhängige) Leitfähigkeit und (elektromagnetischem) Reflexions-Koeffizienten wiederholt. Die (frequenzabhängige) Leitfähigkeit wird zunächst im Rahmen des phänomenologischen Drude-Modells bzw. der Boltzmann-Gleichung in Relaxationszeit-Näherung bestimmt. Im Rahmen eines mikroskopischen Modells wird die Ehrenreich-Cohen-Formel für die frequenzabhängige Suszeptibilität bzw. Dielektrizitätskonstante hergeleitet. Ausgehend von der zeitabhängigen Schrödinger-Gleichung bzw. der von-Neumann-Gleichung und bei näherungsweiser Benutzung der Dipol-Kopplung des elektromagnetischen Feldes an die Materie werden Rabi-Oszillationen und der optische Stark-Effekt behandelt. Es werden die Halbleiter-Bloch-Gleichungen für die Besetzungswahrscheinlichkeiten und die Polarisation unter Berücksichtigung der Coulomb-Wechselwirkung zwischen den Elektronen (bzw. zwischen Elektronen im Leitungsband und Löchern im Valenzband) hergeleitet und nach Entkopplung in niedrigster Ordnung im Feld gelöst, was zu Exzitonen-Linien im Anregungsspektrum führt. Es werden auch die Kopplung an quantisierte elektromagnetische Felder (Photonen) und das Exziton-Polariton als neue Elementaranregung im Festkörper besprochen. Schließlich wird noch das Jaynes-Cummings-Modell eingeführt, welches das einfachste Modell ist, das eine Kopplung von Elektronen an quantisierte elektromagnetische Felder beinhaltet.