MCL – MATERIALS CENTER LEOBEN FORSCHUNG GMBH
Technologische Errungenschaften
18
Ab-initio-Berechnungen in der
Materialentwicklung
Atomistisches Modellieren auf Basis der Dichtefunk-
tionaltheorie (DFT) basiert auf lange bekannten quan-
tenmechanischen Grundlagen. Die Entwicklung geeig-
neter Berechnungsmethoden begann bereits vor mehr
als 30 Jahren und schreitet auch heute noch rasch vo-
ran. Die Methoden sind inzwischen so leistungsfähig
geworden, dass sie als Prognosemethoden in der Ma-
terialforschung zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Die Eigenschaften von Werkstoffen werden ganz we-
sentlich von ihren kleinsten Einheiten – meist Kris-
tallen – bestimmt. DFT-Berechnungen ermöglichen
einen sehr tiefgehenden Einblick in deren Aufbau. So
können z.B. die Bildungsenergie, die Energiezustände
von Elektronen, die Elektronendichteverteilung, die
Bandstruktur und daraus abgeleitet auch mechani-
sche (z.B. Elastizitätsmodul), elektrische und sonstige
Eigenschaften bestimmt werden. Die Berechnungen
beruhen entweder ausschließlich auf der Lösung der
Schrödingergleichung unter alleiniger Verwendung
von Naturkonstanten (Ab-initio-Berechnungen) oder
unter Einbeziehung von Messwerten (semi-empirische
Berechnungen).
Ein wesentliches Ziel im Forschungsprogramm des
COMET K2 Zentrums MPPE besteht in der breiten
Nutzbarmachung des atomistischen Modellierens für
die Entwicklung von Materialien und Prozessen. Typi-
sche Anwendungsbeispiele sind die Berechnung von
Kristallstrukturen, Bildungsenergien, Stapelfehler-
energien oder elastischen Konstanten von binären und
ternären Legierungen.
Stapelfehlerenergie in System Fe-Mn in Abhängigkeit
der Temperatur (semi-empirische Berechnung)
Bildungsenergie in einem binären System, ermittelt
durch automatisierte Strukturvariationen
Modell eines kubisch flächenzentrierten Kristalls mit
eingelagerten interstitiellen Atomen
FORSCHUNGSSCHWERPUNKT
COMET K2 MPPE
Technologische
Errungenschaften