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Das perfekte Material berechnen

Emmy-Noether-Gruppe für Physikerin

Das perfekte Material berechnen

[25.02.2019]

Strom erzeugen aus Wärmeunterschieden oder mechanischer Energie – das geht schon lange. Aber meist sind die hierfür benötigten Materialien teuer, selten oder giftig. An unbedenklichen und leicht verfügbaren Alternativen forscht die Physikerin Dr. Anna Grünebohm von der Universität Duisburg-Essen (UDE). Ihr ist es gelungen, eine der begehrten Emmy-Noether-Nachwuchsgruppen einzuwerben, die für sechs Jahre mit über 1,3 Mio. € gefördert wird.

Die Materialklasse, mit der Grünebohm arbeitet, sind Oxide mit Perovskitstruktur. Was kompliziert klingt, kann man sich einfach vorstellen wie einen Legobausatz: Die zugrundeliegende Kristallstruktur bleibt gleich, aber es lassen sich einzelne Atome austauschen und so Eigenschaften gezielt designen.

Viele dieser Materialien können dauerhaft elektrisch polarisiert werden und verfügen über weitere Eigenschaften, die sie zu vielversprechenden Kandidaten für nachhaltige Technologien machen: Für effizientes Kühlen direkt mit Strom, die Nutzung von Abwärme oder die Kurzzeitspeicherung von elektrischer Energie, um nur einige Beispiele zu nennen.

Die nötigen Merkmale sind mitunter aber als Kombination nur schwierig einzustellen: „Die größten Temperaturänderungen beispielsweise sind oft über 100°C und in dünnen Filmen möglich. Für viele Kühlanwendungen möchte man aber in etwa Zimmertemperatur erreichen. Zudem braucht man für eine große Kühlleistung mehr Material, sodass man nicht mit den idealen dünnen Schichten arbeiten kann“, erläutert Grünebohm. Mit homogenen Materialien ist diese Gratwanderung schwierig bis unmöglich.

In ihrer Gruppe „Skalenübergreifendes rechnergestütztes Design von multifunktionalen ferroelektrischen Verbundwerkstoffen“ forscht die 35-Jährige deshalb an Nanomaterialien, die aus wenige Atomlagen dünnen Schichten bestehen oder gezielt winzig kleine Einschlüsse beinhalten. So lassen sich nicht nur die unterschiedliche Eigenschaften der Teilsysteme auf ganz neue Art kombinieren, durch die Grenzflächen ergeben sich auch spannende neue Funktionalitäten.

Grünebohms Feld ist die theoretische Physik; sie arbeitet mit Simulationen, die große Vorhersagekraft besitzen. Vereinfacht ausgedrückt, kann sie auf diese Weise am Rechner ein ideales Material entwerfen, das später anderen Wissenschaftlern als Bauplan dient. Im Frühjahr wird ihre Gruppe mit zunächst zwei Doktoranden innerhalb des Profilschwerpunkts „Materials Chain“ der Universitätsallianz Ruhr starten.

Das Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ermöglicht es aufstrebenden Nachwuchswissenschaftlern, sich durch die Leitung einer Nachwuchsgruppe für eine Professur zu qualifizieren.

 

Weitere Informationen: Dr. Anna Grünebohm, 0203 37-94271, anna@thp.uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, 0203 37-98176, birte.vierjahn@uni-due.de