Neue Werkzeuge für das Studium der Dynamik auf atomarer Ebene

EU-finanzierte Wissenschaftler haben notwendige theoretische Werkzeuge entwickelt, um die ultraschnelle Dynamik der Solarenergieumwandlung und laserinduzierten Magnetisierung zu behandeln.

Energie

Europa benötigt zahlreiche nachhaltige Energiequellen und Sonnenlicht ist von großem Interesse. Der Kontinent benötigt auch deutlich verbesserte magnetische Speicherkapazitäten, um die wachsende Datenflut zu bewältigen. Obwohl man von keinem einzigen Forschungsprojekt erwarten kann, beide Probleme zu bewältigen, wird dies durch die Entwicklung der Theorie der Ultrakurzzeitdynamik in realen Materialien erreicht. Das CRONOS (Time dynamics and control in nanostructures for magnetic recording and energy applications) entwickelte erfolgreich eine quantitative, flexible und vollständig atomistische Theorie der Ultrakurzzeitdynamik. Die Verwendung der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie war ein wichtiger Ansatz für die Untersuchungen. Die Wissenschaftler setzten in ELK und Octopus Mainstream-Codes eine Reihe von Werkzeugen um, die neuen Berechnungen ermöglichen, nämlich periodische Randbedingungen für Feststoffe und Laserpulse beliebiger Intensität und Form. Sie erfanden auch neue Austausch- und Korrelationsfunktionale für genauere Berechnungen von realen Materialien. In wegweisenden Arbeiten demonstrierte die Projektmitglieder Energietransfer-Kohärenz in organischen Solarzellen-Materialien. Insbesondere zeigten sie, dass während der Exzitonbildung die Ladungsdichte und die damit verbundene Energie zwischen dem Donor und dem Akzeptor oszillieren. Die Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen, da sie eine große Menge von Studien über kohärente Energieübertragung in der Solarenergieumwandlung und potenziell in der Biologie validieren. Bisher wurden keine Untersuchungen der Dynamik auf der elektronischen Ebene an Magnetsystemen durchgeführt. Die Wissenschaftler erklärten hinreichend die mikroskopischen Prozesse, die die ultraschnelle Entmagnetisierung in magnetischen Metallen antreiben. Es wurde ein Skalierungsgesetz etabliert und bewiesen, das die Spin-Bahn-Stärke und die Entmagnetisierungsgeschwindigkeit in Relation setzt. Dieses Gesetz gilt für alle magnetischen Materialien unabhängig von ihrer makroskopischen Ordnung (ferromagnetisch, antiferromagnetische oder ferromagnetisch). Darüber hinaus untersuchte das Team gründlich die optischen Reaktionen von Grenzflächen zwischen den magnetischen und nicht-magnetischen Materialien. Nachdem die optimale Quantenkontrolltheorie vorangebracht wurde, können die Wissenschaftler nun erfolgreich Laserpulse entwickeln, die zur Produktion von Hohen Harmonischen (HHG) von Molekülen führen. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass es möglich ist, den Frequenzgang von realen Objekten zu konstruieren. Ähnliche Arbeiten wurden zur Elektronenspindynamik von Quantenpunkten und Massenübergangsmetallen durchgeführt. Die Ergebnisse von CRONOS wurden in mehr als 140 wissenschaftlichen Artikeln in Fachzeitschriften veröffentlicht. Außerdem haben die Forscher mehr als 100 Vorträge auf internationalen Veranstaltungen gehalten und über 20 Workshops und Symposien auf Konferenzen organisiert.

Schlüsselbegriffe

Ultraschnelle Dynamik, Solarenergie, Magnetisierung, magnetische Materialien, atomistische Theorie

Time dynamics and ContROl in naNOStructures for magnetic recording and energy applications

Neue Werkzeuge für das Studium der Dynamik auf atomarer Ebene

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