Ab-initio Methoden auf Basis der Dichtefunktionaltheorie erlauben die Vorhersage von Materialeigenschaften aufgrund der chemischen Zusammensetzung und des Kristallgitters. So lässt sich die Wärmeausdehnung einer Legierung als Funktion der Zusammensetzung und der Temperatur [Razumovskiy2014, Bochkarev2016, Dengg2016] sehr gut vorhersagen. Das ermöglicht das Design neuer Legierungen mit gezielt eingestelltem Temperaturverhalten, um so thermomechanische Belastungen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit von Bauteilen zu erhöhen.

Weiters können wir mit ab-initio Methoden die Bildung von Defekten (Leerstellen, Fremdatomen) als Funktion äußerer Bedingungen wie Druck und Temperatur vorhersagen [Razumovskiy2014, Razumovskiy2015, Ruban2016], was eine Auswirkung auf eine ganze Reihe von Materialgrößen hat, wie etwa mechanische Eigenschaften, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder Diffusion.

Mit den Methoden am neuesten Stand der Technik ist es auch möglich, Diffusionskoeffizienten für eine spezifische Material­zusammen­setzung vorherzusagen [Ding2014, Muehlbacher2015, Bochkarev2016]. Schließlich erlauben ab-initio Rechnungen auch die Berechnung von Phasenstabilität und Phasenumwandlungen unter Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung und der magnetischen Struktur. Dafür werden ab-initio Rechnungen mit Methoden auf höheren Skalen verbunden, wie etwa der Cluster-Expansion Methode [Chakraborty2010, Sax2015], Monte-Carlo-Simulationen [Ruban2012, Gorbatov2013, He2016] oder der CALPHAD-Methode [Yeddu2012, Razumovskiy2014, Povoden-Karadeniz2015].