Theorie und ab initio-Simulation von ferroelektrischen Materialien

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Ferroelektrika sind Stoffe, die unterhalb einer charakteristischen Temperatur eine spontane elektrische Polarisation besitzen. Diese kann durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes beeinflußt werden - beispielsweise kann die Richtung der Polarisation umgekehrt werden. Aufgrund solcher Eigenschaften besitzen ferroelektrische Materialien ein hohes Potential, in zukünftigen Computerchips als sehr schnelle Speicherelemente eingesetzt zu werden. Doch trotz enormer Fortschritte auf dem Gebiet der technologischen Anwendung solcher Materialien sind die mikroskopischen (quantenmechanischen) Vorgänge, die der Ferroelektrizität zu Grunde liegen, oft nicht oder nur grob bekannt. Dieses Forschungsvorhaben zielt darauf ab, mit Hilfe von Computersimulationen die Physik ferroelektrischer Stoffe besser zu verstehen. Von besonderer Bedeutung wird dabei eine eingehende Untersuchung von lokalen Größen (wie z.B. elektrische Dipole) sein sowie deren Zusammenhang mit nicht-lokalen Eigenschaften in den betrachteten Materialien. Dabei sollen bereits etablierte Simulationstechniken zur Anwendung kommen, die schon mit großem Erfolg in anderen Bereich angewandt werden. Diese sollen mit neuen Konzepten aus der Theorie elektrischer Polarisation kombiniert werden. Auf diese Weise werden nicht nur Erkenntnisse über die konkret betrachteten Materialien erwartet, sondern darüber hinaus auch ein besseres Verständnis elektrischer Polarisation im allgemeinen.