Modellierung von bestrahlungsinduzierten Struktur- und Phasenübergängen in Nanomaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Andrey V. Solovyov
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415716638

Das beantragte Projekt zielt darauf ab, grundlegende physikochemische Phänomene zu erforschen, die Struktur- und Phasenübergänge in komplexen molekularen, mit Strahlung gekoppelten Systemen regeln. Das Aussetzen eines Systems gegenüber ionisierender Strahlung kann zu Veränderungen der elektronischen, mechanischen und katalytischen Eigenschaften des Systems führen. Die Kontrolle der Eigenschaften auf atomarer und molekularer Ebene bleibt eine große Herausforderung. Die Bestrahlung von Nanosystemen, vor allem während ihrer Wachstums- oder Fertigungsphasen, eröffnet neuartige und effiziente Technologien wie FEBID (fokussierte Elektronenstrahl-induzierte Abscheidung), um diese Herausforderung zu überwinden. Solche Technologien ermöglichen derzeit die kontrollierte Herstellung von Metall-Nanostrukturen mit Nanometer-Auflösung, obwohl die Kontrolle über verschiedene Eigenschaften der hergestellten Nanostrukturen oft noch weiter verbessert wird. Dieses Projekt zielt auf ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Wechselwirkungen und der wichtigsten dynamischen Phänomene in bestrahlten Nanosystemen ab, die dazu beitragen, die Kontrolle über die Eigenschaften der Nanosysteme zu verbessern. Dies wird durch die numerischen Rechenmodellansätze erreicht. Die Neuheit der vorgeschlagenen Forschung hängt mit der Verwendung fortgeschrittener Berechnungsmethoden für die Untersuchung bestrahlungsinduzierter Phasen- und Strukturübergänge in komplexen Nanosystemen sowie der zugrundeliegenden bestrahlungsgetriebenen chemischen Transformationen mittels großskaliger Molekulardynamik-Simulationen zusammen. Die theoretischen und rechnerischen Analysen, die in diesem Projekt auf atomarer und molekularer Ebene durchgeführt werden, geben einen Einblick in die strukturellen und thermomechanischen Eigenschaften von metallischen Nanosystemen, die der Strahlung ausgesetzt sind, und erklären die zugrundeliegenden interatomaren Wechselwirkungen. Neue nanoskalige Phänomene, die die Strukturbildung, die Morphologie und die Dynamik der Nanosysteme beeinflussen, werden im Detail erarbeitet und analysiert. Dies wird durch die Entwicklung theoretischer Modellen und die Nutzung neuartiger Rechenwerkzeuge und Algorithmen wie bestrahlungsgetriebene Molekulardynamik und Molekülmechanik mit dynamischer Topologie, Hochleistungsberechnungen mit der parallelen Nutzung mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten und Grafikverarbeitungseinheiten erreicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen