Nya metoder för teoretisk materialmodellering
- Diarienummer
- IMF11-0059
- Start- och slutdatum
- 110701-130630
- Beviljat belopp
- 100 000 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Målet med detta projekt är att tillämpa parameterfria grundprincipsberäkningar för att studera material av högt industriellt intresse, som inte kan beskrivas tillfredsställande med konventionella beräkningsmetoder, och således kräver mer avancerade verktyg. Bland sådana material återfinns transitionsmetaller (TM) såsom Fe, Ni, Mn och Cr; med tillämpningsområden från nya typer av stål till beläggningar och magnetiska minnen. Vi kommer att rikta in oss på TM-system av högt industriellt och vetenskapligt intresse: TM-nitrider, FeMn-legeringar och TM vid extrema förhållanden. Senare år har sett en drastisk ökning av fall där grundprincipsberäkningar direkt hjälper experimentellt arbete i framtagning av nya material för direkt praktisk tillämpning. Dock beskriver inte konventionella beräkningsverktyg den korrelation bland elektronerna som uppstår genom ömsesidig repulsion, som är orsaken till den rika mångfald av strukturella, magnetiska och elektroniska egenskaper hos TM-system. För detta område har den franska gruppen lett utvecklingen av en ny generation av beräkningsmetoder, grundade på så kallad dynamisk medelfältsteori. Dessa metoder är nu redo för storskaliga tillämpningar. I detta samarbete kommer den svenska gruppen, med sin expertis inom materialvetenskap, tillämpa dessa metoder på industriellt relevanta system, vilket kommer att driva på utvecklingen av dessa, tänja gränserna för superdatorberäkningar och öppna dörren för ett nytt område inom materialforskning.
Populärvetenskaplig beskrivning
Inom materialforskning på nya material för tekniska tillämpningar har de senaste åren visat på en tydlig trend av ökat samarbete mellan experimentalister och teoretiker. Genom så kallade grundprincipsberäkningar kan man förutsäga egenskaper hos material även i fall där experimentell indata saknas. Beräkningarna bygger enbart på kvantfysikens lagar och man använder sig av avancerade beräkningsalgoritmer på stora datasystem. Detta gör att man kan ersätta mätningar som till exempel är svåra, dyra eller farliga att utföra med datasimuleringar, och senare använda resultaten i tillverkningsprocessen. Under de senaste åren har den svenska delen av arbetsgruppen arbetat med beräkningar på material för tillämpningar bl a inom nya typer av stål, för ultrahårda beläggningar och inom mikroelektronik. I samarbete med sitt nätverk av experimentalister har detta genererat såväl en genuin grund för fortsatt design av dylika material, som patentansökningar i samarbete med Seco Tools. Allteftersom detta samarbete har fördjupats så har även kraven på noggranna simuleringar ökat. Många obesvarade frågor kvarstår dock, som har visat sig inte kunna lösas med konventionella beräkningsmetoder. För detta tillämpningsområde har den franska delen av arbetsgruppen lett utvecklingen av en ny typ av beräkningsmetoder. Dessa metoder har visat sig vara redo för storskalig tillämpning inom materialforskning, och kapabla till att besvara många av de frågor som återstår. De är mycket tidskrävande, och genom att användas i större skala, så kommer dessa de att kunna effektiviseras och utvecklas allt mer. Inom detta projekt kommer vi att tillämpa dessa metoder på tekniskt viktiga material bestående av transitionsmetaller, såsom järn, krom, nickel, mangan, dels i förening med varandra och även i kväveföreningar (så kallade nitrider). Vi kommer att utföra simuleringar av ett stort antal atomer samtidigt med hjälp av dessa nya metoder, vilket i sig kommer att bryta ny mark inom materialforskning.