15/11/2010

Göttinger und Clausthaler Wissenschaftler untersuchen Materialien der Zukunft

Die Wissenschaftler untersuchen, wie sich korrelierte Festkörper mithilfe von Computer-Berechnungen optimal analysieren lassen. „Materialien mit korrelierten, also wechselwirkenden Elektronen spielen beispielsweise für den Bau von Sensoren und Schaltern und für die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauelemente eine große Rolle“, erläutern Prof. Dr. Peter Blöchl (Clausthal) und Prof. Dr. Thomas Pruschke (Göttingen).

Computerchips haben unser Leben in den letzten 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 Grenze. Um die Entwicklung dennoch fortzusetzen, formiert sich die Industrie neuerdings unter dem Motto „More than Moore“, also „Weiter als Moores Gesetz“. Anstatt dieselben Bauelemente weiter zu verkleinern, will man vollständig neue Funktionen auf einem Chip bereitstellen.

Dazu bietet sich eine ganz neue Klasse von Materialien an, nämlich sogenannte Perowskite. Viele der außergewöhnlichen Eigenschaften der Perowskite, zu denen zum Beispiel auch die bekannte Hochtemperatursupraleitung gehört, basieren auf stark korrelierten Elektronen. „Solche Elektronen agieren nicht mehr als unabhängige Individuen, sondern vereinen sich in einem komplex choreographierten Tanz“, erklärt Professor Blöchl. Deshalb ist es äußert 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“, ergänzt Professor Pruschke.

Aus diesem Grund hat sich eine Gruppe von Physikern aus Deutschland, der Schweiz und Österreich 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 DFG – umfangreich zu fördern. Beteiligt sind aus Niedersachsen die Theoretischen Physiker Professor Peter Blöchl von der TU Clausthal und Professor Thomas Pruschke von der Universität Göttingen mit ihren Mitarbeitern. Professor Pruschke ist ein international anerkannter Festkörperphysiker und hat unter anderem die in der Forschergruppe eingesetzten Verfahren für die Berechnung des Verhaltens korrelierter Elektronen mitentwickelt. Professor Blöchl ist für die Erfindung der sogenannten Methode der „Projektor-Augmentierten Wellen“ (PAW) für die quantenmechanische Simulation von Materialeigenschaften bekannt. Die Physiker aus Clausthal und Göttingen 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 Professor Dieter Vollhardt (Universität Augsburg) und Professor Alexander Lichtenstein (Universität Hamburg).

Quelle: Technische Universität Clausthal, Peter.Bloechl@tu-clausthal.de