Forschungsthemen: "Computergestützte Material-, Device- und Prozesscharakterisierung"

Im Zuge der voranschreitenden Verkleinerung elektronischer Bauelemente hin zu nanostrukturierten Bauteilen ergeben sich atomskalige Effekte, welche sich nur unter Zuhilfenahme von ab initio Methoden beschreiben lassen. Insbesondere die zuverlässige Vorhersage der elektronischen Eigenschaften eines neuen Materials oder Bauelementes erfordert die Berücksichtigung von quantenmechanischen Effekten.

Anwendungsspektrum:

• Zustandsdichten
• Bandstrukturen
• Charge-Transition-Level (PostDFT Methoden)
• dielektrische Eigenschaften
• Defektbildungsenergien
• Migrationspfade (NEB-Methode)
• Tunnelströme

Eine adäquate atomskalige Beschreibung der chemischen und physikalischen Eigenschaften komplexer Prozesse erfordert Zeit- und Längenskalen, welche mit reinen ab inito Methoden nicht erreicht werden können.

Die Simulation solcher Prozesse ist mit einem reaktiven Kraftfeldansatz möglich. Die Beschreibung der inter-atomaren Wechselwirkungen durch empirische, analytische Funktionen ermöglicht die Simulation auf mesoskopischen Zeit- und Längenskalen bei gleichzeitiger exzellenter Genauigkeit. Zur Beschreibung verwenden wir ReaxFF+, eine neu entwickelte reaktive Kraftfeldmethode die auf bindungsordnungsabhängigen Kraftfeldern und einem bindungsordnungsabhängigen Ladungsgleichgewicht basiert. Dadurch wird die korrekte gleichzeitige Beschreibung von rein ionischen und kovalenten Bindungen ermöglicht.Die besondere Herausforderung liegt in der optimalen Wahl der Kraftfeldparameter und der Entwicklung von individuell angepassten materialspezifischen Parametersätzen zur Beschreibung relevanter Fragestellungen.

\r\n Durch die gute Zusammenarbeit mit dem Forschungsdienstleister AQcomputare und dem Software Hersteller QuantumWise werden kontinuierlich problemspezifische Erweiterungen der ReaxFF+ Methode auf Basis chemischer und physikalischer Grundlagen, die im rein akademischen Kontext bisher nicht berücksichtigt wurden, implementiert, verifiziert und validiert.

Anwendungsspektrum:

• Kristallwachstum (MBE, HVPE, CVD, …)
• Reaktionsraten in basischen und sauren Lösungen
• Diffusion komplexer Moleküle
• Phasenübergänge und Kristallisation
• Einfluss von Katalysatoren auf Reaktionsraten
• Erstarren von Polymerschmelzen
• Reibungs- und Abriebprozesse
• Verbrennungsreaktionen in einem Reaktor
• Bruch- und Rissbildung in Verbundmaterialien