Decodo: Defektkomplexe und Domänenwände - eine ab initio-basierte skalenübergreifende Studie zu Ferroelektrika

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Grünebohm
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560576428

Aufgrund der Empfindlichkeit ihrer Polarisation gegenüber externen Stimuli sind ferroelektrische Perowskit-Oxide für Anwendungen im Zusammenhang mit nachhaltiger Energieerzeugung, -umwandlung und -speicherung sowie für neu entstehende Kommunikations- und Computerarchitekturen unverzichtbar. All diese Anwendungen erfordern die Kontrolle der funktionellen Response auf der Nanoskala, die eng mit den Eigenschaften von Domänenwänden verbunden ist. Das Decodo-Projekt zielt darauf ab, ferroelektrische Schaltprozesse und die Bewegung, das Pinning und den Charakter von Domänenwänden durch Punktdefekte zu kontrollieren. Ausgehend von dem technisch relevanten Modellsystem des mit Übergangsmetallen dotierten BaTiO3, werden wir Regeln für die Auswahl, Verteilung und Dichte von Punktdefekten vorhersagen, um Domänenwände und ihre Reaktion auf externe Felder maßzuschneidern. Trotz der hohen technologischen Relevanz, fehlt bisher in der Literatur insbesondere der systematische Vergleich von verschiedenen Punktdefekten und das mikroskopische Verständnis der Defekt-Domänenwand Wechselwirkung ist insbesondere in der orthorhombischen ferroelektrischen Phase nur rudimentär. Da Schaltvorgänge und Wandbewegungen thermisch aktivierte Prozesse auf der Nanoskala sind, die empfindlich auf die lokale elektronische und atomistische Struktur reagieren, kombinieren wir in Decodo coarse-grained und atomistische Molekulardynamiksimulationen mit Dichtefunktionaltheorie, um das fundamentale Verständnis zu erlangen, welches für das Materialdesign benötigt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen