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The 200 TFLOPS Xeon cluster "OCuLUS" at PC2. Picture by K. Holtgrewe

Forschung & Recheneinrichtungen

Dank der kontinuierlichen Entwicklung von immer leistungsstärkeren Rechenarchitekturen und sehr effizienten Rechenalgorithmen ist es heute möglich Materialeigenschaften einzig auf der Basis der Grundprinzipien der Quantenmechanik mit hoher Genauigkeit vorauszusagen. Die vor Kurzem an der Universität Paderborn etablierte Gruppe "Ab-initio-Theorie ferroelektrischer Materialien" untersucht komplexe Materialsysteme wie Ferroelektrika oder substratunterstützte Nanodrähte im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Die Rechnungen werden in Hochleistungsrechenzentren wie dem HRLS in Stuttgart oder dem PC2 in Paderborn durchgeführt.

 

 

Ferroelektrika sind piezoelektrische Materialien, welche zusätzlich zwei Bedingungen erfüllen: (1) Sie besitzen mindestens zwei stabile Polarisationszustände in Abwesenheit von elektrischen Feldern und (2) man kann die Polarisationszustände mit einem externen elektrischen Feld umschalten. Ferroelektrika sind von einer Vielfalt ungewöhnlicher und vorteilhafter Eigenschaften gekennzeichnet und werden daher für die Herstellung elektro-optischer und akusto-optischer Bauteile massiv eingesetzt. Insbesondere werden sie hier in Paderborn benutzt, um die Wellenleiter anzufertigen, die im Fokus vom...

Niedrigdimensionale Physik ist von einer Reihe von Effekten gekennzeichnet, die sehr spannend und interessant jedoch aber noch nicht gänzlich verstanden sind. Elektronen in eindimensionalen Systeme, wie z.B. in substratunterstützten Nanodrähten, sind als Fermi-Flüssigkeit nicht korrekt beschrieben. Das Tomonaga-Luttinger Modell kann hingegen die elektronische Wechselwirkung unter diesen Bedingungen beschreiben. Nanodrähte aus Edelmetallen (Pt, Au) oder Siliziden von seltenen Erden auf halbleitenden Substraten (Si, Ge) sind ausgezeichnete Systeme für die Grundlagenforschung der eindimensionalen...

Ober- und Grenzflächen stellen eine Diskontinuität in der Materialstruktur dar. Diese kann als 2D-System betrachtet werden, welches sich von der zugehörigen 3D-Struktur stark unterscheiden kann. Aufgrund ihrer exklusiven Eigenschaften werden Ober- und Grenzflächen in vielen technologischen Anwendungen benutzt, z.B. als Katalysator für chemische Reaktionen, als Substrat für selbstorganisierende Molekularsysteme oder für die Realisierung von 2D-Elektronengasen. Grenzflächen werden in verschiedene Kategorien aufgeteilt. In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir sowohl die Grenzflächen der...

Die Einbindung von Fremdatomen in einem Kristall wird als Kristalldotierung bezeichnet. Die Fremdatome bilden strukturelle Defekte im Kristallgitter, welche zusammen mit den Eigendefekten die Materialeigenschaften beeinflussen. Sowohl Punktdefekte (Zwischengitteratome, Leerstellen, Substitutionelle) als auch ausgedehnte Defekte (Stapelfehler, Versetzungen, Korngrenzen) sind hochaktuelle Themen der Grundlagen- und angewandten Physik. In der Tat lassen sich die elektronischen, magnetischen, optischen und mechanischen Eigenschaften des Kristalls mit einer geeigneten Dotierung verändern. Dabei...

Gruppenleitung

Jun. Prof. Dr. Simone Sanna

Theoretische Materialphysik

Simone Sanna
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