Kvantteori för atomistisk materialdesign
- Diarienummer
- SRL10-0026
- Start- och slutdatum
- 120101-180331
- Beviljat belopp
- 9 700 000 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Huvudmålet för detta projekt är en utveckling av en ny generationen användarvänliga simuleringsverktyg, som har tillräckligt förutsägningskraft för praktisk kunskapsbaserad materialdesign, och med state-of-the-art datorsimuleringar identifiera nya material och fenomen med stor strategisk potential för framtida teknologisk användning. Projektet kommer att genomföras i två huvudriktningar: kompetensutveckling och kompetensöverföring. Det förstnämnda kommer att tillåta oss att genomföra simuleringar under de allra mest realistiska förutsättningar, som innefattar temperaturinducerade kinetiska och dynamiska effekter, effekter av rumslig begränsning på nano-nivå, mångelektroninteraktioner och magnetisk excitering. Den fundamental förståelse av struktur-egenskapssamband som vi kommer att få kommer att användas i simuleringar med hög genomströmning. Målet för kompetensöverföringen är att förmedla kunskap i form av förutsägningar av nya material och fenomen, användarvänlig simuleringsmjukvara, visualiseringsverktyg och expertis till det breda materialvetenskapssamfundet och industrin. I projektet är basteorin och praktiska applikationer djupt sammanbundna genom cykeln: teknologisk utmaning -> teoretisk lösning -> experimentellt verifiering -> nya material/teknologi. Detta bidrar till förnyelse och genomförbarhet inom forskningen, precision i problemformuleringar och effektivitet i informationsutbytet.
Populärvetenskaplig beskrivning
Betydelsen av olika material för vårt samhälle är svår att överskatta. Som exempel kan nämnas höghållfasta superlegeringar, tunna filmer av funktionella nanokomposit-material, magnetiska material, eldfasta material och supraledare. Därför upptäcks idag ständigt nya material och detta leder till ett ökat intresse för hur dessa egentligen fungerar. Den teoretiska fysiken spelar en allt viktigare strategisk roll inom sådana forskningsområden som nanovetenskap, informationsteknologi, energiforskning och bioteknologi. Allt kraftfullare moderna datorer i kombination med en stark teoretisk utveckling inom fysiken, speciellt inom elektronstrukturteorin, har gjort det möjligt att utföra ab initio simuleringar för verkliga material. Ab initio-arbetssättet tillåter oss idag att få pålitliga resultat och förutspå termodynamiska, mekaniska, elektriska och magnetiska egenskaper hos bland annat metaller, keramer, havledare och isolatorer. Ett aktuellt exempel är vår nyligen genomförda studie av dopning av ceriumoxid för användning i bränsleceller. Vi upptäckte genom teoretiska beräkningar att en samtidig dopning med Neodyn och Samarium eller Praseodym och Gadolinium gav speciellt goda möjligheter för ledning av syrejoner. Denna extremt viktiga slutsats bekräftades senare experimentellt. Genom “state-of-the-art” beräkningsmetoder kommer den teoretiska fysiken att spela en allt större och viktigare roll inom materialforskningen. Tack vare våra nya metoder kan vi utföra simuleringar for mycket komplicerade system. Detta öppnar nya spännande möjligheter för att på ett realistiskt sätt teoretiskt studera ett material. Den övergripande målsättningen för den forskning som föreslås i detta projekt är att utveckla våra teoretiska metoder för att kunna förstå och kvantitativt förutsäga egenskaperna hos avancerade material vid höga temperaturer, samt att använda våra nyligen utvecklade metoder och kunskaper till att studera nya materialklasser. Den kunskap som fås genom våra teoretiska studier kommer att användas i ett direkt samarbete med experimentella forskare. Huvudmålet för detta projekt är en utveckling av nya generationens användarvänliga simuleringsverktyg, som har tillräckligt förutsägningskraft för praktisk kunskapsbaserad materialdesign, och med state-of-the-art datorsimuleringar identifiera nya material och fenomen med stor strategisk potential för framtida teknologisk användning.