Dynamische Ferroelektrizität aus ersten Prinzipien

• Antragsteller: Professor Dr. Fabio Caruso
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562360571

Licht-Materie-Interaktionen unter Starkfeldbedingungen können die Kristallstruktur von Festkörpern tiefgreifend beeinflussen, indem sie Eigenschaften einführen, die im Gleichgewichtszustand nicht vorhanden sind, oder verborgene Phasen aufdecken, die thermisch nicht zugänglich sind. Das Projekt DynamiX zielt darauf ab, prädiktive atomistische Modelle für die dynamische Strukturkontrolle zu entwickeln, indem neue rechnerische und theoretische Rahmenwerke für lichtinduzierte Strukturdynamiken vorangetrieben werden. DynamiX wird sich speziell auf die dynamische Kontrolle der ferroelektrischen Polarisation konzentrieren – ein experimentell gut charakterisiertes Phänomen, das dennoch mehrere unerforschte Herausforderungen für theoretische und methodologische Entwicklungen bietet. In diesem Projekt beabsichtige ich, ab-initio-Elektronenstruktursimulationen einzusetzen, um verschiedene Wege zur vollständigen optischen Kontrolle von (i) Kristallstruktur, (ii) Symmetriebrechung und (iii) Polarisationsumkehr in einer Auswahl von Ferroelektrika zu untersuchen. Meine Strategie umfasst die Entwicklung und Anwendung fortschrittlicher ab-initio-Methoden, um strukturelle Veränderungen, Symmetriebrechung und das Entstehen lichtinduzierter Phasen in Festkörpern zu modellieren, die aus starker Licht-Materie-Kopplung resultieren. Darüber hinaus beabsichtigt dieses Projekt die Entwicklung eines Open-Source-Codes für ab-initio-Simulationen zur lichtinduzierten Strukturkontrolle in neuen Materialfamilien. Die in diesem Projekt entwickelten Methoden werden zusätzliche Möglichkeiten eröffnen, Eigenschaften auf Abruf zu erforschen, die über den Bereich der dynamischen Ferroelektrizität hinausgehen, wie etwa topologische und magnetische Phasenübergänge. Durch die Verwirklichung dieser Ziele wird DynamiX die Fähigkeiten von ab-initio-Methoden im Bereich ultrakurzer Phänomene erweitern und neue Wege eröffnen, um lichtinduzierte Phasenübergänge prädiktiv zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen