Unvoreingenommenes Material-Design: das inverse Problem der elektronischen Struktur

• Antragsteller: Professor Dr. Miguel Marques
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274774632

Durch laufende Fortschritte auf den Gebieten der Theorie, derwissenschaftlichen Software und der Rechentechnik stellt die Berechnung derelektronischen Bandstruktur von Materialien mittlerweile ein Routineproblem dar.Ausgehend von der Struktur eines Kristalls können wir relativ einfach und oftmit hoher Genauigkeit dessen Bandstruktur und alle daraus abgeleitetenEigenschaften ermitteln. Leider ist das inverse Problem, d.h. eineKristallstruktur aus bestimmten elektronischen Eigenschaften zu ermitteln,wesentlich schwieriger. Kürzlich wurde von uns eine parameterfreie Methodeentwickelt, welche uns erlauben sollte dieses Problem zu behandeln.In die Methode gehen einzig das Periodensystem der Elemente und dieGrundprinzipien der Quantenmechanik ein. Sie basiert auf einer Kombinationaus einem genetischen Algorithmus (zur Optimierung der chemischenZusammensetzung) und globalen Struktur-Vorhersage-Methoden (welche dieKristallstruktur liefern). Hauptziel des Projektes ist es dieDurchführbarkeit dieser Vorgehensweise zu zeigen, indem versuchtwird ausgehend von Zustandsdichten weniger prototypischer Materialien diejeweiligen Kristallstrukturen zu ermitteln. Hierbei sind die ausgewähltenBeispielmaterialien nicht nur von akademischem Interesse, sondern besitzen aucheine weitreichende technologische Relevanz. Im Falle eines Erfolges würde dasProjekt den Weg für eine vollkommen unvoreingenommene, schnelle Methodezur Entwicklung neuer Materialen ebnen, welche weit über die bislangbenutzten Methoden hinausginge.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Portugal, Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefan Goedecker; Professor Dr. Fernando Nogueira