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02.09.2013 12:41

Theoretischer Zugang mit Vorhersagekraft für elektronisch korrelierte Materialien

Klaus P. Prem Presse - Öffentlichkeitsarbeit - Information
Universität Augsburg

    Nach deren Verlängerung durch die DFG koordiniert der Augsburger FOR 1346-Initiator und -Sprecher Prof. Dr. Dieter Vollhardt eine jetzt nochmals erweiterte ortsverteilte DFG-Forschergruppe, in der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an 17 Forschungsinstituten in Deutschland, Österreich und der Schweiz einen theoretischen Zugang zur Erklärung und Vorhersage der Eigenschaften elektronisch korrelierter Festkörper entwickeln.

    Augsburg/DV/KPP - Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Fortsetzung der 2010 mit einem Fördervolumen von 2,4 Mio. Euro auf zunächst drei Jahre eingerichteten ortsverteilten Forschergruppe FOR 1346 zum Thema „Dynamical Mean-Field Approach with Predictive Power for Strongly Correlated Materials“ jetzt für weitere drei Jahre bewilligt. Für die zweite Förderphase 2013 bis 2016 wurden Mittel in Höhe von ca. 2,6 Mio. Euro bereitgestellt. „Damit", so Prof. Dr. Dieter Vollhardt, der Augsburger Initiator und Sprecher von FOR 1346, „haben wir weiterhin hervorragende Voraussetzungen, um unsere Entwicklung eines theoretischen Zugangs voranzutreiben, mit dem sich die Eigenschaften komplexer, elektronisch korrelierter Festkörper nicht nur berechnen, sondern sogar vorhersagen lassen“.

    In vielen chemischen Elementen und ihren Verbindungen wechselwirken die Elektronen stark. Bereits geringe Modifikationen äußerer Parameter wie der Temperatur, des Druckes, des Magnetfeldes oder der Dotierung können in solchen „stark korrelierten“ Systemen zu gravierenden Veränderungen führen, wie etwa zu extremen Widerstandsänderungen beim Übergang vom Metall in einen isolierenden oder gar in einen supraleitenden Zustand.

    Aufgrund der starken Wechselwirkung ihrer quantenmechanischen Teilchen lassen sich elektronisch korrelierte Festkörper theoretisch nur sehr schwer erforschen. Bei den Bemühungen, diese extrem harte Nuss zu knacken, hat die Entwicklung der sogenannten "Dynamischen Molekularfeld-Theorie" (DMFT) zu einem methodischen Durchbruch geführt. Die Grundlagen der DMFT wurden vor über 20 Jahren von Dieter Vollhardt, dem Augsburger Sprecher der DFG-Forschergruppe FOR 1346, und seinem damaligen Doktoranden Walter Metzner - jetzt Direktor am MPI für Festkörperforschung in Stuttgart - gelegt. Vor allem hat die Verknüpfung der DMFT mit herkömmlichen Methoden zur Berechnung der elektronischen Eigenschaften von Festkörpern seit dem Ende der 1990er Jahre zu einem völlig neuartigen Verfahren für die realistische Modellierung korrelierter Materialien geführt.

    Trotz seiner großen Erfolge bedarf dieser Zugang allerdings noch einer erheblichen Weiterentwicklung, wenn es gelingen soll, auch hochkomplexe elektronisch korrelierte Materialien zu verstehen. Genau das ist die Herausforderung, der sich die Forschergruppe FOR 1346 seit 2010 stellt: „Wir wollen die Führung in der weltweiten Entwicklung dieses neuen Zugangs durch die koordinierte Kooperation aller einschlägig aktiven Forschergruppen im deutschsprachigen Teil Europas übernehmen“, sagte Vollhardt vor drei Jahren anlässlich der Bewilligung der von ihm beantragten ortsverteilten Forschergruppe durch die DFG. „Dabei“, so formulierte Vollhardt das Forschungsziel, „soll letztlich ein neuer Standard in der rechnergestützten Untersuchung korrelierter Festkörper erreicht werden, der es ermöglicht, die Eigenschaften komplexer korrelierter Materialien nicht nur zu berechnen, sondern sogar vorherzusagen.“

    Die in den vergangenen drei Jahren im Rahmen von FOR 1346 erzielten Fortschritte ermutigen Vollhardt nun dazu, diese Vision als Leitperspektive für die zweite Förderphase in den kommenden drei Jahren vorzugeben: „Unser ultimatives Ziel ist es jetzt, den Dynamischen Mean-Field-Zugang zu einer umfassenden und dennoch flexiblen Methode weiterzuentwickeln, mit der sich die Eigenschaften elektronisch korrelierter inorganischer und organischer, ja sogar biologischer Materie nicht nur berechnen, sondern sogar vorhersagen lassen.“

    Dass die DFG trotz einer derzeit beispiellos niedrigen Bewilligungsrate den FOR 1346-Fortsetzungsantrag in vollem Umfang genehmigt hat – und dies, obwohl sich die Forschergruppe seit ihrer Etablierung noch wesentlich vergrößert hat – bestätigt in Vollhardts Augen zum einen „die Aktualität unseres Forschungsthemas und die Relevanz unserer Forschungsziele, zum anderen aber auch die Qualität der Fortschritte und Ergebnisse, zu denen wir in der ersten Förderperiode gelangen konnten.“

    Mit seiner Verlängerung bleibt FOR 1346 weiterhin der weltweit einzige koordinierte Forschungsverbund auf diesem hochaktuellen Arbeitsgebiet der Festkörperphysik. Von Augsburg aus werden in den kommenden drei Jahren zehn Teilprojekte mit 29 Teilprojektleiterinnen und –leitern, die an 17 Forschungsinstituten in Deutschland, Österreich und der Schweiz forschen, bei der Weiterentwicklung des theoretischen Zugangs in Richtung „Vorhersagekraft“ geleitet.

    „Zusammen mit unseren internationalen assoziierten Partnern aus den USA, Japan, Russland, Frankreich und den Niederlanden und den 37 Arbeitsgruppen, mit denen wir kollaborieren, repräsentiert FOR 1346 praktisch die gesamte Community, die weltweit auf diesem Gebiet – einem der anspruchsvollsten der modernen theoretischen Physik – arbeitet“, betont Vollhardt. Die enorme Herausforderung bestehe nicht zuletzt darin, dass für die Erreichung der Forschungsziele die enge Zusammenarbeit von Experten unterschiedlichster Fachgebiete unverzichtbare Voraussetzung sei. Damit ist insbesondere die Kooperation von materialwissenschaftlichen Experten für die Berechnung elektronischer Bandstrukturen mit Spezialisten für quantenmechanische Vielteilchenzugänge, für numerische Verfahren zur Lösung korrelierter Vielteilchensysteme und für numerische Optimierung gemeint.

    Die vollumfängliche Genehmigung des Fortsetzungsantrags ist nicht zuletzt auch Konsequenz einer beeindruckenden Leistungsschau, die die FOR 1346-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Ende der ersten dreijährigen Förderperiode im April 2013 an der Universität Augsburg dem DFG-Gutachtergremium präsentieren konnten. Exemplarisch für diese Leistungen stehen:
    • rund 100 Publikationen in erstklassigen referierten internationalen wissenschaftlichen Zeitschriften;
    • eine Herbstschule über "Hands-on Course LDA+DMFT" am Forschungszentrum Jülich im Oktober 2011, deren Dokumentation laut Vollhardt "ein absoluter Renner" ist, denn seit seiner Veröffentlichung werde international mehr als 1000 Mal pro Monat auf dieses elektronisch verfügbare Buch zugegriffen (http://www.fz-juelich.de/pgi/EN/Leistungen/ConferencesAndWorkshops/Correl11/_nod...);
    • ein internationaler Workshop am Dresdener MPI für Chemische Physik fester Stoffe im Jahr 2012 (http://www.cpfs.mpg.de/DMFT2012DD/);
    • und ein FOR 1346-Symposium während der diesjährigen Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Regensburg.
    __________________

    Ansprechpartner:
    Prof. Dr. Dieter Vollhardt
    Lehrstuhl für Theoretische Physik III/EKM
    Institut für Physik der Universität Augsburg
    86135 Augsburg
    Telefon +49(0)821-598-3700
    dieter.vollhardt@physik.uni-augsburg.de
    http://www.physik.uni-augsburg.de/theo3/index.vollha.en.shtml


    Weitere Informationen:

    http://www.physik.uni-augsburg.de/for1346 - For 1346-Homepage


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Wissenschaftler
    Physik / Astronomie, Werkstoffwissenschaften
    überregional
    Forschungsprojekte, Organisatorisches
    Deutsch


    Prof. Dr. Dieter Vollhardt, Inhaber des Augsburger Lehrstuhls für Theoretische Physik III am Zentrum für Elektronische Korrelationen und Magnetismus des Instituts für Physik der Universität Augsburg und ehemaliger Sprecher des Augsburger DFG-Sonderforschungsbereichs 484 (2000 - 2010), ist Initiator und Sprecher der 2010 eingerichteten ortsverteilten Forschergruppe FOR 1346, deren Fortsetzung um weitere drei Jahre von der DFG jetzt bewilligt wurde.


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