Research

Forschungsschwerpunkte: Theoretische Physik, Elektronenstrukturtheorie, Materialwissenschaften, Big Data, Artificial Intelligence

Matthias Scheffler ist theoretischer Physiker und Materialwissenschaftler. Er befasst sich mit fundamentalen Aspekten der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Oberflächen, Grenzflächen, Störstellen, Clustern und Nanostrukturen. In diesem Zusammenhang hat er verschiedene Methoden der numerischen ab initio-Behandlung der Elektronenstruktur und der Statistischen Mechanik und Thermodynamik entwickelt. Seit 2010 widmet er sich zunehmend methodischen Entwicklungen der künstlichen Intelligenz für Fragestellungen der Materialwissenschaften.

Matthias Scheffler befasst sich seit Beginn seiner Karriere mit fundamentalen Aspekten der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Oberflächen, Grenzflächen, Störstellen, Clustern und Nanostrukturen. Aktuelle Forschungsaktivitäten umfassen Fragestellungen zur heterogenen Katalyse, thermischen Leitfähigkeit, elektrischen Leitfähigkeit, thermoelektrischen Materialien, Defekten in Halbleitern, anorganischen/organischen Hybridmaterialien und Biophysik.

Dabei handelt es sich um Studien, die quantenmechanische, ab initio-Berechnungen der Elektronenstruktur und Molekulardynamik mit Methoden aus der Thermodynamik und Statistischen Mechanik verbinden. So kann das Verständnis meso- und makroskopischer Phänomene unter realistischen Bedingungen (T, V, p) entwickelt oder vertieft werden. Scheffler arbeitet zudem an der Entwicklung theoretischer Modelle zur Berechnung angeregter Zustände und Elektronenkorrelationen. Das von Scheffler und seiner Gruppe entwickelte Software-Paket FHI-aims ermöglicht diese Untersuchungen, mit einem Ansatz, der im Gegensatz zu den meisten anderen Computerprogrammen alle Elektronen selbstkonsistent berücksichtigt. FHI-aims wurde speziell für groß angelegte Rechnungen auf Hochleistungsrechnern konzipiert.

Seit 2015 ist Scheffler Leiter des europäischen Exzellenzzentrums NOMAD (Novel Materials Discovery). NOMAD unterhält das weltweit größte Repository für Materialdaten aus computergestützten Berechnungen sowie eine Material-Enzyklopädie und ein Big Data Analytics Toolkit (Artificial Intelligence). Mit letzterem können z.B. Strukturen und Muster in großen Datenmengen aufgespürt werden, die neuartige Korrelationen von Materialien und deren Eigenschaften widerspiegeln. Damit kann die Suche nach neuartigen, bisher unbekannten Materialien oder nach bisher unbekannten Eigenschaften bekannter Materialien vorangetrieben werden. Insbesondere entwickelt er „Landkarten“ für die Eigenschaften von Materialen und Methoden zum Auffinden Materialen, die ein statistisch außergewöhnliches Verhalten zeigen.

Werdegang

• seit 2020 Leiter des NOMAD (Novel Materials Disvovery) Laboratory am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft
• seit 2016 Honorarprofessor an der Humboldt-Universität zu Berlin
• seit 2005 Distinguished Visiting Professor for Computational Material Science and Engineering an der University of California, Santa Barbara, USA
• seit 2001 Honorarprofessor an der Freien Universität Berlin
• seit 1989 Honorarprofessor an der Technischen Universität Berlin
• 1988-2020 Direktor am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
• seit 1988 Wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck-Gesellschaft
• 1984 Habilitation im Fach Theoretische Physik
• 1978-1987 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig
• 1978 Promotion im Fach Physik an der Technischen Universität Berlin

Funktionen

• seit 2018 Leiter des FAIR-DI e.V. (FAIR Data Infrastructure for Physics, Chemistry, Materials Science, and Astronomy e. V.)
• seit 2013 Mitglied des Scientific Board des „Max Planck - EPFL Center for Molecular Nanoscience & Technology“ an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), Schweiz
• seit 2008 Mitglied des CECAM-Council (Centre Européen de Calcul Atomique et Moléculaire) und Mitglied des Board of Directors des CECAM-Knotens cecam-de-mm1p
• seit 1991 Mitglied des Board of Trustees des Psi-k Netzwerks (eingetragener Verein in Großbritannien)

Projekte

• seit 2017 Koordination von „BigMax“, Max-Planck-Netzwerk zu „Big-Data-Driven Materials Science“
• seit 2016 Leibniz-WissenschaftsCampus (LWC) „Growth and fundamentals of oxides for electronic applications (GraFOx)”
• seit 2015 Leiter des Europäischen Exzellenzzentrums „NOMAD (Novel Materials Discovery)“
• seit 2014 BMBF-Kompetenzzentrum „Berlin Big Data Center (BBDC)“
• seit 2011 DFG-Sonderforschungsbereich „Hybrid Inorganic/Organic Systems (HIOS) for Opto-Electronics “
• seit 2008 BMBF-Vorhaben „Eigenwert-Löser für PetaFlop-Anwendungen (ELPA)“
• seit 2007 DFG-Exzellenzcluster „Unifying Concepts in Catalysis“

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• seit 2017 Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• seit 2017 ERC-Advanced Grant
• 2010 Rudolf Jaeckel-Preis der Deutschen Vakuumgesellschaft
• 2008 Ernst Mach Honorary Medal der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik
• 2007 Ehrendoktorwürde, verliehen von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Lund, Schweden
• 2004 Max Born-Preis
• 2003 Medard W. Welch Award der AVS (Science and Technology of Materials, Interfaces, and Processing)
• seit 2003 Mitglied der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften
• 2001 Max-Planck-Forschungspreis der Max-Planck-Gesellschaft, der Alexander von Humboldt-Stiftung und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
• seit 1998 Fellow der American Physical Society