Variationelle Modellierung molekularer Geometrien

• Antragsteller: Professor Dr. Manuel Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Mathematik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427980274

Größerer Forschungskontext: Angetrieben durch deren faszinierenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften ist Forschung an niedrigdimensionalen Materialien (wie z.B. Graphen) ein rasant wachsendes Feld. Neue Resultate theoretischer und angewandter Natur erscheinen mit immer noch größer werdenden Geschwindigkeit. Im Gegensatz zur Fülle existierender experimenteller Befunde und numerischer Simulationen sind rigorose mathematische Resultate über lokale und globale kristalline Geometrien kaum vorhanden. Das Forschungsfeld, das sich mit dem Auftreten unterschiedlicher Skalen in molekularen Strukturen beschäftigt, steckt noch in den Kinderschuhen.Ziele: Unser Schwerpunkt liegt auf der variationellen Modellierung molekularer Geometrien im Rahmen der Molekularen Mechanik. Dabei werden effektive Konfigurationen als Minimierer von klassischen Potentialen identifiziert. Ziel des Projekts ist es, ein neues mathematisches Verständnis von molekularen Geometrien zu erzielen und das Auftreten von Skaleneffekten über verschiedene Skalen hinweg zu untersuchen. Methoden: Ausgehend von der Nano- bis hin zur Makroskala werden wir Kristallisation für molekulare Verbindungen, die Beschreibung lokaler molekularer Eigenschaften, insbesondere Defekte und Starrheit, das Auftreten globaler, geometrischer Charakteristiken, wie etwa Flachheit in 3d oder Stratifizierung, sowie schließlich den Übergang von diskreten zu kontinuierlichen Beschreibungen behandeln. Gestützt auf Variationsmethoden für atomistische Modelle wird die Methodik auch Techniken aus der diskreten Mathematik sowie aus der Stochastik umfassen. Innovationsgrad: Das Projekt befasst sich von einem rigorosen, mathematischen Standpunkt aus mit einer Reihe von hochaktuellen Forschungsfragen in den Materialwissenschaften.Verglichen mit Simulationen ist der theoretische Zugang unabhängig von der Systemgrösse. Dieser Vorteil ist wesentlich für die Untersuchung von Effekten, die über mehrere Skalen hinweg auftreten. Beteiligte WissenschaftlerInnen: Das neue internationale Forschungsteam zwischen Münster und Wien wird von Manuel Friedrich und Ulisse Stefanelli koordiniert und von einem Netzwerk lokaler und internationaler Kollaboratoren unterstützt, das auch experimentelle und rechentechnische Gruppen umfasst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Ulisse Stefanelli, Ph.D.