Bandlücken, Bindungsenergien und Ladungstransfer in der Dichtefunktionaltheorie: Meta-Generalisierte Gradienten-Näherung und Selbstwechselwirkungskorrektur

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Kümmel
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457582427

Rechnungen und Simulationen mit Hilfe der quantenmechanischen Dichtefunktionaltheorie können die Struktur und die Eigenschaften von Atomen, Molekülen und Festkörpern vorhersagen. Sie finden daher in vielen Bereichen der Chemie, Physik und Materialwissenschaften Einsatz. Solche Rechnungen erlauben z.B. vorherzusagen, wie sich Moleküle während eine Katalysevorgangs auf der Oberfläche eines Festkörpers verändern oder wie Licht in einem System absorbiert wird und so die Ladungstrennung anstößt, die man in der Photovoltaik nutzt. Der Kerngedanke der Dichtefunktionaltheorie ist es, aus den grundlegenden Prinzipien der Quantenmechanik die Eigenschaften von Materialien vorherzusagen. Die entscheidende Rolle auf theoretischer Seite spielt dabei das sogenannte Austausch-Korrelationsfunktional. Über dieses Funktional wird der quantenmechanische Beitrag der Elektron-Elektron Wechselwirkung zur Energie berücksichtigt. Die Genauigkeit und Vorhersagekraft, aber auch auch der rechnerische Aufwand hängen entscheidend von diesem Funktional ab. In diesem Projekt werden Näherungen für die Austausch-Korrelationsenergie entwickelt, die möglichst gute Genauigkeit mit möglichst niedrigem Rechenaufwand erreichen sollen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Beschreibung von Größen wie z.B. der Bandlücke, die für energiewandelnde Materialien wie Solarzellen oder Photokatalysatoren wichtig sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen