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Perowskite: Material der Zukunft für Computer

2,4 Millionen-Euro-Förderung Perowskite: Material der Zukunft für Computer

Forscher der Universität Göttingen und der Technischen Universität Clausthal gehören zu den sechs neuen Forschergruppen der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Die Wissenschaftler untersuchen, wie sich korrelierte Festkörper mithilfe von Computerberechnungen optimal analysieren lassen.

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Gebäude der Fakultät für Physik: Seit 2003 sind die Institute auf dem Nordcampus.

Quelle: jes

Das Team aus Südniedersachen untersucht, wie sich korrelierte Festkörper mithilfe von Computerberechnungen optimal analysieren lassen. Die DFG-Förderung beträgt 2,4 Millionen Euro bis zum Jahr 2012.

„Materialien mit korrelierten, also wechselwirkenden Elektronen, spielen beispielsweise bei dem Bau von Sensoren und Schaltern und bei der Entwicklung neuartiger elektronischer Bauelemente eine große Rolle“, erläutern Prof. Thomas Pruschke von der Universität Göttingen und Prof. Peter Blöchl von der Technischen Universität Clausthal. Computerchips haben den Alltag in den vergangenen 50 Jahren elementar verändert. Grundlage war das Mooresche Gesetz, nach dem sich die Komplexität (Anzahl der Schaltkreiskomponenten) von Computerchips bei gleichen Kosten alle ein bis zwei Jahre verdoppelt.

Inzwischen stößt diese Nanotechnologie allerdings an ihre Grenzen. Um die Entwicklung dennoch fortzusetzen, formiert sich die Industrie neuerdings unter dem Motto „More than Moore“, also „Weiter als Moores Gesetz“. Anstatt dieselben Bauelemente immer weiter zu verkleinern, sollen vollständig neue Funktionen auf einem Chip bereitgestellt werden.

Dazu bietet sich eine neue Klasse von Materialien an, die sogenannten Perowskite. Viele der außergewöhnlichen Eigenschaften der Perowskite, zu denen zum Beispiel auch die Hochtemperatursupraleitung gehört, basieren auf stark korrelierten Elektronen.

„Solche Elektronen agieren nicht mehr als unabhängige Individuen, sondern vereinen sich in einem komplex choreographierten Tanz“, erklärt der Leiter des Institus für Theoretische Physik der TU Clausthal, Blöchl. Deshalb ist es äußerst schwierig, die Eigenschaften stark korrelierter Materialien zu prognostizieren. Selbst ausgeklügelte Simulationsverfahren kommen dabei an ihre Grenzen. „Die Komplexität der Materialien und der physikalischen Eigenschaften erfordert eine enge Verzahnung verschiedener rechnergestützter Disziplinen der modernen Festkörperphysik“, erläutert Pruschke vom Göttinger Institut für Theoretische Physik.
Aus diesem Grund hat sich eine Gruppe von Physikern aus Deutschland, Österreich und der Schweiz zusammengefunden, um die physikalischen Grundlagen besser zu verstehen, die mathematischen Algorithmen weiterzuentwickeln und sie für die Simulation stark korrelierter Materialien fit zu machen.

Nach einem strengen Auswahlverfahren hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft aufgrund positiver Gutachten beschlossen, diese Forschergruppe – eine der größten in der Geschichte der Deutschen Forschungsgemeinschaft – umfangreich zu fördern. Beteiligt sind aus Niedersachsen ebenfalls Pruschke und Peter Blöchl mit ihren Mitarbeitern. Pruschke ist ein international anerkannter Festkörperphysiker und hat unter anderem die in der Forschergruppe eingesetzten Verfahren für die Berechnung des Verhaltens korrelierter Elektronen mitentwickelt. Prof. Blöchl ist für die Erfindung der sogenannten Methode der „Projektor-Augmentierten Wellen“ (PAW) für die quantenmechanische Simulation von Materialeigenschaften bekannt. Die Physiker aus Göttingen und Clausthal setzen mit diesem Projekt eine lange Tradition der wissenschaftlichen Zusammenarbeit fort.

An der neuen Forschergruppe mit dem Namen „Dynamischer Molekularfeld-Zugang mit Vorhersagekraft für stark korrelierte elektronische Materialien“ beteiligen sich 25 Wissenschaftler aus 16 Einrichtungen. Die Sprecher sind Prof. Dieter Vollhardt von der Universität Augsburg sowie Prof. Alexander Lichtenstein von der Universität Hamburg.

jes/pug

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