Quantenmechanische Computersimulationen zur Elektronen- und Defektstruktur oxidischer Materialien

Prof. Dr. K. Albe (FG Materialmodellierung)
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Ziel des Projektes ist es, bleifreie ferroelektrische Materialien mit verbesserten piezoelektrischen Eigenschaften zu identifizieren, welche eine nicht toxische Alternative zum technologisch etablierten PZT darstellen. Mit Hilfe von Rechnungen auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie sollen verschiedene Materialien (Bi(Me)-BaTiO3 , Me=Zn, Mg, Ti, Nb) untersucht werden. Dabei wird der Schwerpunkt auf der Berechnung der morphotropen Zusammensetzung und spontanen Polarisation P sowie der piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften liegen. Die Rechnungen werden zunächst innerhalb der virtuellen Kristallnäherung (VCA) durchgeführt, bei der Pseudopotentiale für virtuelle, gemischte Atome verwendet werden.

Alternativ sind direkte Rechnungen für große Superzellen geplant, die allerdings einen hohen numerischen Aufwand erfordern. Neben den Untersuchungen zu den bleifreien Systemen sollen Untersuchungen zur Thermodynamik und Kinetik von (dotierten) Leerstellen in PZT durchgeführt werden, wobei zunächst die Randphasen PT und PZ betrachtet werden. Im Bereich der Batteriematerialien sollen begleitend zu den spektroskopischen Untersuchungen (ResPES und EPR) quantenmechanische Rechnungen zur Elektronen- und Spinstruktur von Li1-x(Co,Ni)O2 durchgeführt werden. Im Weiteren ist geplant, mit Hilfe von Strukturoptimierungen zu studieren, welche Defektstrukturen sich in Li1-x(Co,Ni,Mn)O2 während der Ermüdung einstellen