FEAST - FerroElektrizität mit Ab-initio-Simulationen im Zeitbereich

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sangeeta Sharma, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531202602

Die Beeinflussung des Dipolmoments von Ferroelektrika durch äußere Felder ist sowohl eine entscheidende Fragestellung der Grundlagenphysik als auch eine wichtige Voraussetzung für mögliche ferroelektrische Direktzugriffs-Speichergeräte. Die ultimativ kürzesten Zeitskalen, auf denen Materie manipuliert werden kann, ist durch Prozesse lichtwelleninduzierter optischer Anregungen in der Größenordnung von Attosekunden bis zu einigen Femtosekunden gegeben. Während für die magnetische Ordnung ein breites Wissenschaftsgebiet entstanden ist, in dem die Kontrolle der magnetischen Ordnung durch ultraschnelle Lichtimpulse inzwischen gut etabliert ist, steckt eine entsprechende systematische Erforschung der ultraschnellen Kontrolle von Ferroelektrika noch in den Kinderschuhen. In diesem Projekt werden wir die Werkzeuge der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) auf die Dynamik der elektrischen Ladung und des Stroms in ferroelektrischen Materialien anwenden, um deren Verhalten auf Femtosekunden-Zeitskalen zu verstehen und vorherzusagen. Dieser First-Principles-Ansatz - frei von Anpassungsparametern - hat sich als äußerst nützlich erwiesen, um ultraschnelle Phänomene im Bereich des Femtomagnetismus aufzudecken, und wir werden TD-DFT hier einsetzen, um sowohl grundlegende Fragen zu klären, z. B. wie transiente Stromsignale verwendet werden können, um auf die zeitliche Entwicklung der Dipolordnung zu schließen, als auch um die Physik der ultraschnellen Ferroelektrizität in einer Reihe von Materialien systematisch zu erforschen, von Massen-Ferroelektrika, wie den verzerrten Perowskiten, bis hin zu dem schnell wachsenden Bereich der 2D-Materialien. Wir erwarten daher, dass dieses Vorhaben sowohl das Verständnis der physikalischen Grundlagen der ultraschnellen Ferroelektrizität als auch ihre praktische Anwendung in wichtigen dielektrischen Materialien verbessern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen