Entwicklung, Validierung und Anwendung eines magnetischen Bond-Order Potentials für das Eisen-Kohlenstoff System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Eisen-Kohlenstoff-System gehört zu den technologisch wichtigsten binären Systemen, da es die Grundlage von Stahl bildet. Beim theoretischen Verständnis der physikalischen, thermodynamischen und mechanischen Eigenschaften dieses Systems wurden große Fortschritte erzielt. Die explizite Modellierung atomarer Prozesse in modernen Stählen mit komplexer Chemie und Mikrostruktur stellt jedoch immer noch eine große Herausforderung dar. Der Grund dafür ist, dass die meisten dieser Prozesse durch ein subtiles Zusammenspiel chemischer und magnetischer Wechselwirkungen gesteuert werden. Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts bestand darin, ein hochmodernes atomistisches Modell zu entwickeln, das in der Lage wäre, das Verhalten des Fe-C-Systems auf atomarer Ebene quantitativ zu beschreiben. Aufgrund von Schwierigkeiten mit Tight-Binding- Parametrisierungen entschieden wir uns, vom ursprünglichen Plan abzuweichen und stattdessen mehrere Modelle zu entwickeln, die auf der Atomic Cluster Expansion (ACE) basieren. ACE bietet eine vollständige Grundlage im Raum atomarer Umgebungen und kann auf natürliche Weise eine Beschreibung vektorieller Freiheitsgrade in magnetischen Systemen integrieren. Da die ACE-Basis mathematisch vollständig ist, können ACE- Parametrisierungen systematisch verbessert und konvergiert werden. Wir haben Allzweck-ACE für Kohlenstoff, nichtkollineare magnetische ACE für Eisen und erste ACE-Modelle für binäre Systeme aus Kohlenstoff und Übergangsmetallen entwickelt. Alle Modelle wurden umfassend validiert und in verschiedenen atomistischen Simulationen angewendet. Wir haben an mehreren Beispielen gezeigt, dass ACE nicht nur hinsichtlich der Genauigkeit, sondern auch der Recheneffizienz überlegen ist und normalerweise die Pareto-Front aktueller interatomarer Potentiale definiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Efficient parametrization of the atomic cluster expansion. Physical Review Materials, 6(1).
Bochkarev, Anton; Lysogorskiy, Yury; Menon, Sarath; Qamar, Minaam; Mrovec, Matous & Drautz, Ralf
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Active learning strategies for atomic cluster expansion models. Physical Review Materials, 7(4).
Lysogorskiy, Yury; Bochkarev, Anton; Mrovec, Matous & Drautz, Ralf
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Atomic Cluster Expansion for Quantum-Accurate Large-Scale Simulations of Carbon. Journal of Chemical Theory and Computation, 19(15), 5151-5167.
Qamar, Minaam; Mrovec, Matous; Lysogorskiy, Yury; Bochkarev, Anton & Drautz, Ralf
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Atomistic simulations of pipe diffusion in bcc transition metals. Acta Materialia, 260, 119294.
Starikov, Sergei; Jamebozorgi, Vahid; Smirnova, Daria; Drautz, Ralf & Mrovec, Matous
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Disordering complexion transition of grain boundaries in bcc metals: Insights from atomistic simulations. Acta Materialia, 261, 119399.
Starikov, S.; Abbass, A.; Drautz, R. & Mrovec, M.
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Non-collinear Magnetic Atomic Cluster Expansion for Iron.
M. Rinaldi, M. Mrovec, Y. Lysogorskiy, A. Bochkarev, R. Drautz
