Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

58 — Forschung Lehrstuhl für Theoretische Physik / Festkörperphysik Prof. Dr. Silvana Botti Forschungsschwerpunkte  Vielteilchen-Theorie der kondensierten Materie: Entwicklung von Näherungsmethoden und Compu- ter-Codes zur Beschreibung elektronischer Anregungen in Festkörpern  theoretische Spektroskopie: Berechnung der elektronischen und optischen Eigenschaften von kom- plexen Materialien, Nanostrukturen und Grenzflächen zum besseren Verständnis von Experimenten  computergestütztes Material-Design durch Kombination von Hochdurchsatz-Ab-Initio-Rechnungen mit Methoden zur Kristallstrukturvorhersage  Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens zur Vorhersage der thermodynamischen Sta- bilität neuartiger Materialien Ein Beispiel zur Methodenentwicklung: Neues lokales Hybrid-Dichtefunktional für Grenzflächen Im Kontext der Dichtefunktionaltheorie bilden die Hybridfunktionale eine große Familie von Funkti- onalen zur verbesserten näherungsweisen Be- schreibung des Austausch-Korrelations-Beitrags zur Gesamtenergie eines Systems wechselwir- kender Elektronen. Nach ihrer Einführung in der theoretischen Chemie sind Hybridfunktionale mittlerweile auch zum Stand der Technik für die Berechnung der elektronischen Eigenschaften von Festkörpern geworden. Der Schlüssel zu ihrer Leistungsfähigkeit liegt in der Mischung von nichtlokalem Fock-Austausch mit einem semilo- kalen Austausch-Korrelations-Funktional. Die Wahl des Mischparameters ist für inhomogene Systeme wie Grenzflächen zwischen zwei ver- schiedenen Festkörpern besonders kritisch. In diesem Zusammenhang haben wir vor Kurzem eine nichtlokale Mischfunktion, welche selbst ein Dichtefunktional ist, vorgeschlagen. Diese Misch- funktion hängt über eine Schätzfunktion für die lokale dielektrische Funktion funktional von der Elektronendichte ab. Mit Hilfe dieser Mischfunkti- on erhalten wir Bandlücken sowie Banddiskonti- nuitäten an Grenzflächen in exzellenter Überein- stimmung mit dem Experiment. Die Genauigkeit ist vergleichbar mit der komplexerer Methoden wie Vielteilchen-Störungstheorie, jedoch mit dem numerischen Aufwand einer Dichtefunktionalthe- orie-Rechnung. Borlido P., Marques M.A.L. and Botti S., Local hybrid density functio- nal for interfaces (2017), J. Chem. Theory Comput., Just Accepted Manuscript, DOI: 10.1021/acs.jctc.7b00853 Abb. 1. Mit Hilfe des Hybridfunktionals berechneter Bandkantenverlauf an einer Si/SiO 2 -Grenzfläche. Gezeigt sind die Ortsabhängigkeit des Valenzband- maximums und des Leitungsbandminimums entlang der Grenzflächennormalen. Silizium-Atome sind durch blaue Kugeln und Sauerstoff-Atome durch rote Kugeln dargestellt.