FORSCHUNGSPROGRAMM
COMET K2 MPPE
Highlights
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jungen Wissenschaftlern, wie man sogenannte atomistische Simulationen für die Ver-
besserung von Materialeigenschaften einsetzen kann. Dafür ist ein grundlegendes
Verständnis der Materie ebenso wichtig wie die praktische Erfahrung mit den Werk-
stoffen. Mithilfe von modernsten Computerprogrammen, die in Leoben mitentwickelt
wurden, berechnet man die Eigenschaften von neuen Materialien im Vorhinein. So
lässt sich bereits vor der Herstellung eines neuen Materials vorhersagen, welche
grundlegenden Eigenschaften es aufweisen wird, z.B. wie stark es sich mit steigen-
der Temperatur ausdehnt, welche optische Eigenschaften es hat oder ob es ein gutes
plastisches Fließverhalten aufweist.
Die aktuellen Anwendungsbeispiele für atomistische Modellierung am MCL spannen
einen weiten Bogen: In einem Forschungsprojekt wird zum Beispiel untersucht, wie
sich Fremdatome an Korngrenzen in verschiedenen Metallen anlagern und wie da-
durch die Festigkeit beeinflusst wird. In einem anderen Projekt wird erforscht, wie
Diffusionsbarrieren in Halbleiterbauelementen auf atomarer Ebene funktionieren und
wie man sie optimieren kann. Ein weiteres Projekt befasst sich mit der Berechnung,
welchen Einfluss Legierungselemente, Temperatur und Magnetismus auf Fehler im
Atomgitter haben. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für das zukünftige Design
neuartiger Stähle mit besonders guter Verformbarkeit.
Impakt
Das langfristige Ziel von atomistischen Simulationen ist es, direkt am Computer neu-
artige Materialien zu „designen“, die etwa besonders hart, besonders korrosions-
beständig oder besonders leicht sind – oder am besten mehrere Kriterien zugleich
erfüllen können. Dadurch könnte man sich aufwendige und zeitraubende Entwick-
lungsprozesse ersparen, bei denen viele tausend Proben hergestellt und getestet
werden müssen.
Um dem Ziel der computerunterstützten Vorhersage von Material- bzw. Werkstoffei-
genschaften näher zu kommen, müssen die Methoden des atomistischen Modellie-
rens einerseits noch weiter beschleunigt werden, andererseits muss das atomisti-
sche Modellieren noch stärker mit Modellierungsmethoden auf anderen Längen- und
Zeitskalen verknüpft werden.
MCL konzentriert sich aktuell auf die Berechnung von metallischen Legierungen, auf
die Struktur und Eigenschaften von Kristalldefekten (z.B. Leerstellen, Versetzungen,
Korngrenzen) und deren Auswirkungen auf materialphysikalische Phänomene wie
z.B. die Diffusion, sowie in zunehmendem Maße auf funktionale Eigenschaften (z.B.
elektrische oder optische Eigenschaften).
Darstellung einer Korngrenze im Rasterelektronen-
mikroskop: Molybdän-Titan-Zirkonium Legierung mit
sichtbar gemachten weiteren Fehlorientierungen im
Kristallgitter aufgrund von Versetzungen
