Dichtefunktionaltheorie für thermoelektrische Phänomene

• Antragsteller: Dr. Florian Eich
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269251049

Thermoelektrizität, das Phänomen der Kopplung von elektrischer Ladung und Wärme, hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da sie ein wichtiger Bestandteil der Erforschung nachhaltiger Energiequellen ist. Abwärme, das heißt der Verlust von Energie an die Umgebung, wie beispielsweise in Kühltürmen von Kraftwerken, tritt in jedem Energiegewinnungsprozess auf. Thermoelektrische Bauelemente, die effizient Wärme in elektrischen Strom umwandeln, können benutzt werden um einen Teil der Abwärme wiederzugewinnen, wodurch die Effizienz des Energiegewinnungsprozesses gesteigert werden kann. Heutzutage existieren neuartige experimentelle Methoden, wie beispielsweise die thermische Rastermikroskopie, die es ermöglichen den Transport von elektrischer Ladung und Wärme im Nanometerbereich zu untersuchen. Die Suche nach neuen, effizienten thermoelektrischen Bauelementen dringt dadurch in Längen- und Zeitskalen vor, in welchen die Dynamik des Bauelements durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmt wird. Dadurch werden konzeptionelle Fragen an die Theorie aufgeworfen: Wie können wir makroskopische Eigenschaften wie beispielsweise Temperatur oder Wärmestrom im Einklang mit den Gesetzen der Quantenmechanik definieren? Können wir, ausgehend von den grundlegenden Gleichungen der Quantenmechanik, die thermoelektrischen Eigenschaften eines Bauelements vorhersagen? In Rahmen dieses Projekts möchten wir einen neuen Ansatz zur theoretischen Beschreibung von thermoelektrischen Prozessen vorantreiben. Unser Vorschlag ist es die erfolgreiche zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie zur erweitern, um eine Beschreibung von thermoelektrischen Phänomenen zu ermöglichen. Die von uns vorgeschlagene zeitabhängige thermische Dichtefunktionaltheorie hängt, wie jede Form von Dichtefunktionaltheorie, von physikalisch sinnvollen Näherungen ab um theoretische Vorhersagen von thermoelektrischen Eigenschaften für konkrete Materialien zu liefern. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Näherungen unter Berücksichtigung dynamischer Effekte, welche essenziell zur Beschreibung von Transporteigenschaften im Rahmen von Dichtefunktionaltheorien sind. Darüber hinaus soll untersucht werden unter welchen Voraussetzungen ein Abbildungstheorem bewiesen werden kann, um unseren Vorschlag einer thermischen Dichtefunktionaltheorie auf ein solides mathematischen Fundament zu stellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Giovanni Vignale