GRK 2247:  Quantum Mechanical Materials Modelling - QM³

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286518848

Die Quantenmechanische Materialmodellierung (QM3) hat sich stetig neue Materialklassen und physikalischeRegime erschlossen. Das grundlegende Verstehen physikalischer und chemischer Materialeigenschaftenhat sich dabei jedoch immer dann als besondere Herausforderung erwiesen, wenn Empfindlichkeit gegenüberatomistischen Details auf strukturelle Komplexität und Umgebungseinflüsse (A), auf Vielteilcheneffekte (B)sowie auf Nichtgleichgewichts- und dynamische Einflüsse trifft. Hochentwickelte und fein abgestimmte Näherungenwurden deshalb für Problemstellungen in der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft und derChemie entwickelt, wobei aktuell eine verallgemeinerte Theorie, die allen Herausforderungen (A-C) gleichzeitigbegegnen kann, noch fehlt. Deshalb erfordert sowohl das Verständnis von realen Materialeigenschaftenals auch das große Ziel nach einer hohen Vorhersagesicherheit für ein rationales Design von hochentwickeltenfunktionellen Materialien, Modellierungsaktivitäten, die die Grenzen von traditionell separierten Forschungsfelderüberbrücken.Die Universitäten in Bremen (UHB and JUB) und Oldenburg (UOL) sowie das Max-Planck-Institute forStructure and Dynamics of Matter, Hamburg (MPIHH) haben deshalb in den vergangenen Jahren eine umfangreicheQM3-Expertise von der Festkörpertheorie bis zur Quantenchemie und von ab initio Methoden biszu Modellhamiltonians und klassischen Kraftfeldern aufgebaut. Auf dieser Grundlage ist das Ziel des Graduiertenkollegs(GRK) eine einzigartig interdisziplinäre Forschungs- und Ausbildungsinfrastruktur zu schaffen,welche die wichtigsten Richtungen in der quantenmechanischen Materialmodellierung aus den fachübergreifendenNaturwissenschaften in einem strukturierten Doktorandenprogramm miteinander verbindet. In derForschung wird das GRK neue Richtungen der quantenmechanischen Materialmodellierung etablieren undauf hochaktuelle Themen von 2-dimensionalen Materialien und Metalloxid-Grenzflächen anwenden. Entsprechendwerden die Doktorandenprojekte in der Methodenentwicklung komplementäre Techniken undAnsätze kombinieren, um die grundlegenden elektronischen, optischen und chemischen Materialeigenschaftenzu erklären und gleichzeitig materialrelevante Probleme im Zusammenhang von Informations-, Energie undUmwelttechnologie zu lösen. Das GRK wird besonders Wechselwirkungs- und Korrelationseffekte thematisierenund untersuchen, wie diese sich auf die elektronischen, optischen und chemischen Eigenschaftender ausgewählten zukunftsweisenden Materialien auswirken. Ziel ist die Untersuchung der atomaren und Ladungsträgerdynamik,der Elektronenstruktur, des Ladungstransfers und elektrischen Transports in großskaligenSystemen und in Kopplung an eine komplexe Umgebung. Das GRK wird die Zusammenarbeiten zwischenallem QM3-Gruppen wesentlich stärken. Synergien werden vor allem die Methodenentwicklungen unterstützenund neue Kombinationen von komplementären Techniken schaffen. Auf diese Weise wird dasGRK atomistische quantenmechanische Materialmodellierung für Systeme ermöglichen, in denen die HerausforderungenA, B und C gleichzeitig auftreten.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Universität Bremen
• Sprecher: Professor Dr. Thomas Frauenheim
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Dr. Bálint Aradi; Professor Dr.-Ing. Lucio Colombi Ciacchi; Professor Dr. Gerd Czycholl; Dr. Christopher Gies; Professor Dr. Frank Jahnke; Professor Dr. Ulrich Kleinekathöfer; Professor Dr. Thorsten Klüner; Privatdozentin Dr. Agnieszka Kuc; Dr. Susan Köppen; Dr. Gabriele Penazzi, Ph.D.; Professor Dr. Angel Rubio; Professor Dr. Tim Wehling