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Rechencluster für wissenschaftliche Berechnungen

Subject Area Materials Science
Condensed Matter Physics
Term Funded in 2015
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 271781865
 
Final Report Year 2019

Final Report Abstract

Bei dem im Rahmen dieser Förderung als Gemeinschaftsantrag mehrerer Antragssteller beschafften Großgerät handelt es sich um einen Rechencluster der für sehr unterschiedliche Forschungsvorhaben im Bereich der theoretischen Materialwissenschaft und der theoretischen Physik eingesetzt wird. Ohne das Großgerät wären diese Vorhaben prinzipiell gar nicht bzw. nur mit Einschränkungen durchführbar. Mit Hilfe des Gerätes konnte für den Ladungstransport in DNA Molekülen als Modellsystemen gezeigt werden, dass Schwingungen wesentlich zur Dephasierung und darüber zur Änderung der Längenabhägigkeit des Transports beitragen. Weiterhin wird kohärenter Transport bei niedrigen Temperaturen zu einer metallartiger Transportcharakteristik bei höheren Temperaturen. Das hier verwendete Modell vibronischer Dephasierung wurde dann einem Ansatz basierend auf zeitabhängigen nichtgleichgewichts-Greenfunktionen (TD-NEGF) gegenübergestellt. Die numerischen Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung für den durchschnittlichen Ladungstransport. Hybrid-Dichtefunktionale wurden zur Untersuchung der optischen und elektronischen Eigenschaften funktionalisierter Zinkoxid-Oberflächen verwendet. Es wurde gezeigt, dass die Funktionalisierung geeignet ist die dielektrischen und optischen Eigenschaften des Materials gezielt zu modifizieren und gleichzeitig die Oberfläche zu stabilisieren. Weiterhin wurden fundamentale Untersuchung zum Einsatz von Hybrid-Dichtefunktionalen in Halbleitern mit grosser Bandlücke durchgeführt. Durch eine optimale Wahl der Parameter kann sowohl die Größe der elektronischen Bandlücke beschrieben als auch ein generalisiertes Koopman-Theorem (Linearität der Änderung der Energie mit dem Ladungszustand) erfüllt werden. Damit wurden dann Stabilität und elektronische Niveaus bzw. optische Eigenschaften verschiedener Defekte in Galliumoxid und Galliumnitrid weiter im Detail untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt der mit dem Großgerät durchgeführten Forschungsarbeiten sind kollektive elektronische Anregungen, d.h. Exzitonen ind Bi-Exzitonen, in zweidimensionalen Materialien. Mit Hilfe aktueller Vielteilchenmethoden konnte gezeigt werden, wie sich das Gleichgewicht zwischen Fusion und Zerfall von Exzitonen einerseits und einem Elektron-Loch- Plasma andererseits durch Änderung der dielektrischen Umgebung und Dotierung des Materials mit zusätzlichen Ladungsträgern verschieben läßt. Darüber hinaus wurden Ergebnisse zur Stabilität und Bindungsenergie von Bi-Exzitonen in diesen Materialien erzielt die wesentlich zum grundlegenden Verständnis dieser Anregungen beitragen. Die erhaltenen Anregungsfeinstrukturen sind in hervorragender Übereinstimmung zu experimentellen Daten. Auch Forschungsarbeiten zu Makromolekülen wurden auf dem Rechencluster durchgeführt. In enger Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen wurde die Konformationsänderung von Enzymen bei Kontakt mit einer Oxidoberfläche im Detail untersucht. Diese führt primär zu Änderungen in der Helizität und der Tertitiärstruktur des Moleküls die z. B. durch Vergleich von berechnetem und gemessenem Zirkularem-Dichroismus erfasst werden können. Der neu entwickelte Ansatz erlaubt eine Verallgemeinerung auf andere Enzym-Oberflächen-Systeme. Darüber hinaus war das Aushärtungsverhalten von Polymeren im Kontakt miteinander im atomistischen Detail Gegenstand der Arbeiten. Es wurden Einblicke in die Struktur der Interphase zwischen den beiden Polymeren gewonnen. Die Ausblidung von sich gegenseitig durchdringenden und verwirrten Polymerschleifen führt hier zur Ausbildung einer mechanisch stabilen Verbindung zwischen den Polymeren.

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