Ab-Intio Studie der optischen und elektronischen Eigenschaften von ungeordnetem und amorphen CuI-basierten ternären Legierungen.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Silvana Botti
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403159832

Unser Ziel besteht in der Durchführung von Rechnungen zu elektronischer Bandstruktur, Transportkoeffizienten und optischer Spektren transparenter, halbleitender Kupferhalid-basierter ternärer Systeme mit voraussagendem Charakter. Dabei nutzen oder entwickeln wir die am besten zur Verfügung stehenden theoretischen und rechnerbasierten Ansätze zur Beschreibung von Festkörpern weiter. Ziel der ersten Föderperiode der Forschungsgruppe FOR2857 war die Verbesserung der Leitfähigkeit sowie der Transparenz von p-leitendem CuI. Nach tiefgreifenden Untersuchungen der Zinkblende γ-phase von CuI, beschäftigten wir uns mit anderen kristallinen Phasen, anderen Stöchiometrien sowie dem Einfluss von Dotierung. Durch eine Hochdurchsatzstudie zu ternären Phasendiagrammen bestehend aus Cu, I und Elementen bis Bi im Periodensystem, konnten wir neue stabile Phasen vorhersagen und charakterisieren. Unser Hauptziel war und ist es Wege zu finden, um die Mobilität und Konzentration der Löcher bei bestehender Transparenz zu verbessern. In der zweiten Förderperiode werden wir auf diesen bestehenden Ergebnissen aufbauen. Zunächst wollen wir den Fokus von CuI zu CuI-basierten Systemen ausweiten. Dazu gehört: (i) Hochdurchsatzstudie zu Dotierungen von CuI-basierten ternären Legierungen, die wir aus den bisherigen Ergebnissen als vielversprechende p-leitfähige transparente Halbleiter ausgewählt haben; (ii) Untersuchung der Auswirkung von Cu-Leerstellen und Modifizierung der Koordination von I auf elektronische Eigenschaften CuI-basierter Kristalle; (iii) rechnergestützte Charakterisierung amorpher ternärer Dünnfilme. Weiterhin werden wir die thermodynamische Analyse der ternären Phasendiagrammen durch Berücksichtigung entropischer Terme – und somit dem Effekt von Unordnung auf die Stabilität – vorantreiben. Wie gewohnt, werden wir Systeme, die die Anforderungen bezüglich der gewünschten Anwendung nicht erfüllen, aussortieren. Die besten Kandidatensysteme werden mit Methoden jenseits Standard Dichtefunktionaltheorie (DFT) charakterisiert. Dabei werden Näherungen von DFT und zeitabhängiger DFT verwendet, die wir von Vielteilchen-Störungstheorie abgeleitet haben. Zu allen Phasen unserer rechnergestützten Untersuchungen wird ein kontinuierlicher Austausch relevanter Informationen mit allen Partnern von FOR2857 uns erlauben, die Arbeit zu beschleunigen und zu optimieren. Die großen Mengen an Daten, die wir während des Projektes aquirieren, werden weiter mittels machinellem Lernen analysiert werden, um so Designregeln für p-leitende transparente Materialien zu extrahieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2857: Kupferiodid als multifunktionaler Halbleiter