Nils Marvin Denda aus der AG Anorganische Festkörper- und Materialchemie ist es gelungen, ein umfassendes Simulationsprotokoll zu entwickeln und in der Fachzeitschrift „Journal of Physical Chemistry“ zu publizieren. Der Beitrag „Molecular Dynamics Simulations of Electric Field Poled Poly(methyl methacrylate) Doped with Tricyanopyrroline Chromophores“ zeigt großes Potenzial, da es die Erforschung von Materialien erleichtert, die für die schnell wachsende Telekommunikationsbranche dringend benötigt werden.
Die Inspiration für die Simulation von organischen Hybridmaterialien kam von seinem Kollegen Florens Kurth, Chemiker an der Technischen Universität Braunschweig in der Gruppe von Prof. Dr. Wolfgang Kowalsky. Kurth entwickelte das elektro-optisch aktive Chromophor C3, das in eine Polymer-Matrix wie PMMA (Polymethylmethacrylat, auch bekannt als „Plexiglas“) eingebettet werden kann. Die beiden Wissenschaftler arbeiten im Exzellenzcluster PhoenixD zusammen und streben an, effiziente und kostengünstige optische Materialien für die digitale Zukunft zu entwickeln.
Traditionelle Materialien wie Lithiumniobat (LiNbO3) sind häufig mit hohen Produktionskosten und einer sehr aufwändigen Herstellung verbunden, da Einkristalle benötigt werden. Zudem sind Lithium als auch Niob sehr kostenintensive Ressourcen. Im Gegensatz dazu bieten moderne, polymerbasierte Alternativen den Vorteil einer besseren Ressourcen-Verfügbarkeit und einer vielfältigen Funktionalisierbarkeit.
Diese neuen Materialkandidaten erfordern aber eine sorgfältige Prüfung ihrer Eigenschaften, insbesondere der elektro-optischen Aktivität, bevor sie in die Massenproduktion gehen können. Hier greift das Simulationsprotokoll ein: Es erlaubt eine präzise Voreinschätzung der elektro-optischen Aktivität dieser Materialien mithilfe von Computersimulationen. Dieser Ansatz spart sowohl Zeit als auch Kosten. Traditionelle Herstellungsprozesse und detaillierte Charakterisierungen benötigen oft Tage bis Wochen unter dem Einsatz erheblicher Ressourcen, wie Material und Personal, teure Messgeräte und Produktionsanlagen. Mit den Computersimulationen können die Materialeigenschaften nun zunächst digital vorhergesagt werden. Dabei reduziert sich der Aufwand auf einige Tage und erfordert lediglich einen leistungsstarken Arbeitsplatz-PC. Die Simulationen bieten zudem wertvolle Einblicke in die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auf atomarer Ebene.
Zukünftig sollen die von Denda entwickelten Methoden in ein umfassendes Programm integriert werden, das künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen einsetzt, um neuartige Materialkombinationen zu entdecken, zu analysieren und ihre Leistungsfähigkeit zu verstehen. Mit diesem Simulationsprotokoll steht die Tür zu innovativen Fortschritten in der optischen Telekommunikation weit offen.
