Atomistic simulations for material processes within multiscale method

  • Atomistische Simulationen für die Material-Prozesse innerhalb Multiscale-Methode / vorgelegt von Chol-Jun Yu

Yu, Chol-Jun; Emmerich, Heike (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2009)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Kurzfassung

Techniken atomistischer Simulationen, wie First Principles, Molecular Dynamics oder Monte Carlo Methoden, sind als starke ingenieurwissenschaftliche Werkzeuge für das Design neuer funktionaler Materialien anerkannt. Sie dienen als grundlegendste Art um ein verlässliches und integriertes Bezugssystem für Multiskalensimulationen zu konstruieren, und geben darüber hinaus Auskunft über die Mechanismen, die hinter den charakteristischen Eigenschaften und Prozessen auf der atomistischen Skala stehen. In dieser Arbeit sind einige Ansätze durchgeführt worden, um eine Art Multiskalensimulation auszuführen, mit besonderer Beachtung der verfügbaren Informationen von Simulationen auf kleineren Skalen für solche auf größeren Skalen. Als erstes ist ein effizienter "First principles"-Ansatz mit virtuellen Kristallapproximationsmethoden erstellt worden um die Materialeigenschaften von festen Lösungen mit Hilfe der Dichte-Funktional-Theorie zu berechnen. Die Fähigkeiten der vorhergehenden Ansätze wurden erweitert, indem virtuelle Atomzusammensetzungen von heterovalenten Atomen mit der benötigten Präzision behandelt worden sind. Weiterhin wird eine Möglichkeit präsentiert, die First-Principles-Simulation mit der Monte Carlo-Simulation für Oberflächenphänomene zu verknüpfen. Dafür ist die fundamentale Energetik mit Hilfe der detaillierten atomistischen Morphologie der Oberflächenstruktur durch First-Principles-Simualtionen berechnet worden, welche in Monte Carlo-Simulationen genutzt wird um eine großskalige Morphologie und schnelle kinetische Prozesse zu simulieren. Außerdem sind Molecular Dynamics-Simulationen durchgeführt worden um die Materialparameter für Phasenfeldsimulationen auf der Kontinuumsskala zu bestimmen. Die Ergebnisse der First Principles-Simulationen sind dazu verwendet worden, das interatomare Potential in der Embedded-Atom-Methode zu konstruieren und die Resultate der Molecular Dynamics-Simulationen sind wiederum als Parameter der Phasenfeldsimulation verwendet worden.

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