Uni Oldenburg entwickelt automatisiertes Verfahren für Kristalloberflächen in Energie-Technologien
Ein Team von Forschenden der Universität Oldenburg hat ein neues Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, die physikalischen Eigenschaften komplexer Kristalloberflächen automatisiert und zuverlässig zu berechnen. Dieser Durchbruch könnte die Suche nach neuen Materialien für wichtige Technologien wie Photovoltaik, Batterien oder Datenübertragung beschleunigen.
Im Energiebereich gewinnen computergestützte Methoden zunehmend an Bedeutung, wenn es darum geht, neue Materialien zu finden. Professor Dr. Caterina Cocchi und Holger-Dietrich Saßnick vom Institut für Physik der Universität Oldenburg haben nun ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt, die physikalischen Eigenschaften komplexer Kristalloberflächen automatisiert und ausschließlich auf Grundlage grundlegender physikalischer Gesetzmäßigkeiten zu berechnen. Dadurch können geeignete Materialien in kürzerer Zeit identifiziert werden.
Zukünftig planen die Forschenden, ihr Verfahren mit Künstlicher Intelligenz und den Potenzialen des maschinellen Lernens zu kombinieren, um den Prozess weiter zu beschleunigen. Bisher haben vergleichbare Verfahren ihren Fokus vor allem auf massiven Festkörpern gelegt und weniger auf Oberflächen. Dabei spielen gerade alle entscheidenden Prozesse zur Umwandlung, Produktion oder Speicherung von Energie sich auf Oberflächen ab. Die Berechnung von Materialeigenschaften von Oberflächen gestaltet sich jedoch wesentlich schwieriger als bei vollständigen Kristallen, da die Grenzflächen in der Regel eine komplexe Struktur aufweisen.
Um dieses Problem zu lösen, haben die Forschenden ein automatisiertes Verfahren entwickelt. Das Resultat ist das Computerprogramm “aim2dat”, das lediglich die chemische Zusammensetzung einer Verbindung als Eingabe erfordert. Die Kristallstruktur wird anhand vorhandener Datenbanken abgeleitet. Zuerst berechnet die Software die chemische Stabilität der Oberfläche unter verschiedenen Bedingungen und ermittelt anschließend wichtige Eigenschaften wie die Energie, die benötigt wird, um Elektronen in leitfähige Zustände anzuregen oder von der Oberfläche zu entfernen.
Die Anwendbarkeit des Verfahrens wurde am Beispiel des Halbleiters Cäsiumtellurid demonstriert. Die Forschenden konnten detaillierte Informationen über wichtige physikalische Eigenschaften für verschiedene Konfigurationen der Cäsiumtellurid-Kristalle erlangen. Um anderen Forschenden die Nutzung und Verbesserung des Verfahrens zu ermöglichen, wurde die Software in eine frei zugängliche Programmbibliothek integriert.
Professor Cocchi betont, dass das Verfahren ein hohes Potenzial hat, um neue Materialien für vielfältige Anwendungen im Energiebereich zu entdecken, insbesondere für Festkörper mit komplexen physikalischen und strukturellen Eigenschaften. Die automatisierte Berechnung von Kristalloberflächen könnte somit einen wichtigen Beitrag zur Beschleunigung der Materialforschung leisten und den Weg für innovative Technologien ebnen.
Schlagwörter: Caterina Cocchi + Holger-Dietrich Saßnick + Oldenburg
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