Wissenschaftliche Mitarbeit (Doktorand*in; m/w/d) im Bereich Computational Electrodynamics and Inverse Design of Time-varying Metamaterials (ERC project TEMPORE)

Kurzbeschreibung

Diese Stelle wird vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Programms Horizont Europa (ERC Consolidator Grant TEMPORE) gefördert. Das Projekt leistet Pionierarbeit im Bereich des inversen Designs zeitlich veränderlicher Metamaterialien, die im Pikosekunden- bis Femtosekundenbereich arbeiten. Sie werden dazu beitragen, die Kontrolle von Licht in Raum und Zeit für vollständig reprogrammierbare, multifunktionale nanophotonische Systeme neu zu definieren. Das Projekt erfordert einen integrierten Ansatz: von der rigorosen mathematischen Modellierung und Ableitung von Algorithmen bis hin zur effizienten Implementierung und skalierbaren Ausführung auf modernen Hochleistungsrechnerarchitekturen. Das Promotionsprojekt legt einen starken Fokus auf die mathematischen Grundlagen inverser Probleme im Zeitbereich und die Entwicklung skalierbarer numerischer Algorithmen für wissenschaftliches Hochleistungsrechnen. Ihre Rolle Das Promotionsprojekt konzentriert sich auf die mathematische Modellierung, numerische Analyse und Algorithmenentwicklung für ultraschnelle zeitabhängige photonische Systeme. Die Kandidatin oder der Kandidat erhält eine strukturierte Betreuung und Ausbildung in fortgeschrittenen numerischen Methoden, Hochleistungsrechnen und wissenschaftlicher Softwareentwicklung. Zu den Aufgaben gehören unter anderem die folgenden. Numerische Methoden und Algorithmenentwicklung: Formulierung und Analyse der Maxwell-Gleichungen in zeitlich veränderlichen und nichtlinearen Medien. Entwurf skalierbarer Algorithmen für großskalige 4D (Raum-Zeit) inverse Konstruktion. Implementierung und Erweiterung von Zeitbereichslösern (z. B. FDTD und verwandte Methoden). Entwicklung gradientenbasierter Optimierungsstrategien für 4D-Designräume. Anwendung dieser Methoden zur Simulierung und Gestaltung physikalisch realisierbarer 3D-nanophotonischer systeme, wie beispielsweise dynamisch abstimmbare optische Metasoberflächen und Metamaterialien. Wissenschaftliche Softwareentwicklung: Entwicklung und Optimierung von hochleistungsfähigen numerischen Kernen in modernem C/C++, mit besonderem Augenmerk auf Skalierbarkeit und Portabilität. Entwicklung modularer, wartungsfreundlicher und gut dokumentierter Forschungssoftware. Parallelisierung mittels MPI, GPU-Computing oder verwandter Technologien. Anwendung bewährter Verfahren der Softwareentwicklung (Versionskontrolle, Testen, Reproduzierbarkeit). Beitrag zur Open-Source-Infrastruktur für wissenschaftliches Rechnen. Sie werden Ergebnisse in führenden Fachzeitschriften veröffentlichen, auf internationalen Konferenzen präsentieren und in einem interdisziplinären Umfeld zusammenarbeiten, das Physik, Mathematik, Nanotechnologie und fortgeschrittenes Rechnen umfasst.