Empa-Forscher berechnet Quanteneffekte von Kohlenstoffmolekülen

(CONNECT) Gonçalo Catarina, Forscher an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf, arbeitet an einem Computermodell zum besseren Verständnis von zweidimensionalem Nanographen. Alle bisherigen Modelle des neuartigen Quantenmaterials stossen, so eine Mitteilung der Empa, an ihre Grenzen. Hierfür erhält der Wissenschaftler das Empa Young Scientist Fellowship, eine Förderung für aussergewöhnlich begabte Nachwuchsforschende. Das Projekt trägt den Namen CarboQuant, es wird mit Unterstützung der Werner Siemens-Stiftung sowie des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) durchgeführt.

Gonçalo Catarina hat seinen Doktortitel (PhD) der Physik an der Universität Minho in Portugal erworben. Geforscht hat er bisher unter anderem am portugiesisch-spanischen International Iberian Nanotechnology Laboratory.

Bei Nanographen-Molekülen handelt es sich um eine zweidimensionale Struktur von Kohlenstoff-Molekülen mit einer hexagonalen Anordnung, das heisst sechs Kohlenstoffatome bilden jeweils einen Ring.  Diese regelmässig flach nebeneinander angeordnete Wabenstruktur, bestehend aus reinem Kohlenstoff, besitzt ganz besondere Eigenschaften. Ihr spezielles Verhalten lässt sich nicht mehr mit der klassischen Physik beschreiben, die Moleküle zeigen sogenannte quantenmechanische Phänomene. Ihr Einsatzgebiet könnte in zukünftigen elektronischen Komponenten wie Sensoren, Kommunikationstechnologien oder Bauteilen für Quantencomputer liegen.

„Standard-Modelle, mit denen die meisten Materialien berechnet werden können, funktionieren für solche Quantenmaterialien nicht“, wird Gonçalo Catarina in der Mitteilung zitiert. Aufgrund der grundsätzlich anderen Eigenschaften des Nanographens lassen sich konventionelle Rechenmethoden hier nicht anwenden.  Ziel seiner Arbeit ist es, Modelle zu entwickeln, die spezifisch für Nanographen gelten. Dafür will er sogenannte ab initio-Rechnungen nutzen. Diese Methode berechnet molekulare Eigenschaften direkt aus der Schrödinger-Gleichung und verzichtet damit auf empirische Ansätze. „Ein funktionierendes theoretisches Modell, das auch Vorhersagen treffen kann, könnte den Weg zu konkreten Anwendungen für die Nanographene ebnen,“ ergänzt Catarina sein Vorhaben. ce/eb