Atome sind die Bausteine aller Materie. Ein Kubikzentimeter (ungefähr die Größe eines Stück Würfelzuckers) enthält im Mittel circa 1E23 Atome. In Kristallen wie z.B. Schneeflocken oder Edelsteinen, aber auch modernen Halbleitermaterialien, verbinden sich diese zu einer regelmäßigen, sich wiederholenden Struktur mit hoher Symmetrie.
Die Kristallstruktur beeinflusst unmittelbar mit die optischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften eines Körpers. Zur Untersuchung der Kristallstruktur werden z.B. Beugungsexperimente mit Röntgenstrahlung und Elektronen verwendet. Diese zentralen Verfahren liefern wichtige Informationen über die Beschaffenheit und die physikalischen Eigenschaften der Kristalle.
Die experimentellen Methoden werden ergänzt durch computergestützte Berechnungen, die die Vorhersage wichtiger Kristalleigenschaften erlauben. Viele dieser Computerverfahren verwenden als Basis der Berechnungen sogenannte Superzellen - repräsentative Ausschnitte des zu studierenden Materials - welche dank der Symmetrie des Kristalls periodisch fortgesetzt werden können und bei ausreichender Größe dem Originalsystem sehr ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen.
Unser Animationsfilm zeigt zwei exemplarische Superzellen des Halbleiters Galliumnitrid (GaN) – aufgebaut zu gleichen Teilen aus Gallium (Ga) und Stickstoff (N) Atomen – in den für dieses Material typischen Kristallisationsformen, der hexagonalen Wurtzit-Struktur und der kubischen Zinkblende Struktur.
Weiter zur aktuellen Forschung am PDI: Mikrostruktur