FWF - MAP-DESIGN - Metastabile Polymorphe - Entwicklung oberflächeninduzierter Verarbeitungsbedingungen für die organische Nanotechnologie

Viele Materialeigenschaften, beginnend mit Geschmack und Aussehen von Schokolade, über die Löslichkeit von Süßstoff, bis hin zur Wirksamkeit von Medikamenten, hängen empfindlich von der Art und Weise ab, wie sich die Bestandteile des Materials relativ zueinander anordnen. Eine der fundamentalen Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Materialien ist es daher, diese Struktur, die in der Fachsprache als „Polymorph“ bezeichnet wird, zu kontrollieren und zu optimieren. Dabei besteht die Schwierigkeit, dass die Bildung der verschiedenen Polymorphe stark von den Bedingungen abhängt, unter denen das Material verarbeitet wird. Eine rein experimentelle Optimierung dieser Bedingungen basiert meistens auf Versuch und Irrtum und ist überaus zeit- und kostenintensiv. Das Ziel dieses Projekts ist es daher zunächst, auf Basis von quantenmechanischen Computersimulationen optimale Prozessbedingungen für die Herstellung bestimmter Polymorphe vorherzusagen. Dabei konzentrieren wir uns zunächst insbesondere auf dünne Filme aus organischen Molekülen, die auf anorganische Substrate aufgebracht werden. Solche Systeme sind beispielsweise für die organische Elektronik (die z.B. in OLED-TVs zur Anwendung kommt) relevant, und weisen eine besonders ausgeprägte Vielfalt an möglichen Polymorphen auf. Die Bestimmung aller möglichen Polymorphe ist zwar ein im Prinzip unlösbares Problem, aber die Einschränkung auf bestimmte Materialklassen erlaubt es uns, Annahmen zu treffen, die das Problem soweit vereinfachen, dass wir die wichtigsten Strukturen mittels eines innovativen Struktursuchalgorithmus schnell und effizient erfassen können. Die aus der Struktursuche gewonnen Daten werden dann mittels „Machine-Learning Methoden“ kartographiert, um effiziente Rezepte, die zuverlässig zu den gewünschten Polymorphen führen, identifizieren zu können.