Eine dreidimensionale mehrskalige Peridynamicsformulierung für ferroelektrische/multiferroische Tunnelkontakte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Timon Rabczuk, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286791468

In diesem Projekt wird ein dreidimensionales mehrskaliges Peridynamics (PD)-Modell zur Simulation von Materialversagen in ferroelektrischen / multiferroischen (FTJ/MTJs) Tunnelkontakten vorgeschlagen. FTJs / MTJs werden unter anderem in elektronischen Geräten wie beispielsweise ferroelektrischen Speichern, Mikrosystemen, abstimmbare Mikrowellen, binäre Datenspeichern oder ferroelektrischen Direktzugriffsspeichern verwendet. Die Zuverlässigkeit dieser Geräte kann durch Materialversagen/ermüdung stark beeinflusst werden. Beispielsweise könnte es zur Verringerung des elektrischen Feldes durch die ferroelektrischen Dünnfilme führen. Ein häufig vorkommender Bruchmechanismus in ferroelektrischen Dünnfilmen wird durch die Polarisationsumschaltung verursacht und führt zu einem systematischen Verlust der remanenten Polarisation. Auf der feinen Skale ist ein Molekulardynamik (MD)-Modell für FTJ / MTJs zu entwickeln, während auf der groben Skale eine zustandsbasierte thermomechanische-elektromagnetische PD (Kontinuums-) Formulierung herzuleiten und zu implementieren ist. Die Übertragung von Längenskalen soll durch Gradientenmodelle höherer Ordnung realisiert werden. Dazu sind die Gradientenmodelle höherer Ordnung der PD- und der MD-Modelle zu formulieren, so dass sie die gleiche dynamische Dispersion aufweisen. Im Gegensatz zu Diskretisierungsansätzen wie bspw. XFEM erhält man bei der PD die Risstopologie als Teil der Lösung. Es wrd keine Representation der Risstopologie benötigt. Darüber hinaus ist aufgrund des nicht-lokalen Charakters des MD-Modells eine natürlichere Kopplung zum MD-Modell gewährleistet. Der Ansatz soll durch den Vergleich mit experimentellen Daten verifiziert und validiert werden. Letztendlich sollen einige dringende Fragen bez. des Bruchverhalten in FTJ / MTJs beantwortet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Erkan Oterkus; Professor Dr. Evgeny Tsymbal