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Automatisierte Analyse und Validierung interatomarer Potentiale für Anwendungen in den Materialwissenschaften

Fachliche Zuordnung Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
Förderung Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405621217
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Vorhersage und Beschreibung moderner Werksstoffe erfordert auf Grund ihrer strukturellen und chemischen Komplexität geeignete Modellierungswerkzeuge. Dazu muss eine Modellierungshierarchie aufgespannt werden, welche von den atomaren Wechselwirkungen über die Mikrostruktur der Materialien bis hin zu der technischen Skala reicht. Die atomistische Modellierungshierarchie erstreckt sich daher über etwa 12-15 Größenordnungen in Länge und Zeit. Das Erfassen dieser Hierarchie ist entscheidend für die skalenübergreifende Modellierung. Ihre Bedeutung in der modernen Forschung wird durch die Tatsache belegt, dass atomistische Simulationen heute einen großen Teil, wenn nicht sogar den größten Teil, der Rechenzeit auf Supercomputern und Rechenclustern weltweit beanspruchen. Die atomistische Modellierungshierarchie selbst umfasst Modelle der interatomaren Wechselwirkung, die für Simulationen mit nur wenigen Atomen oder mit mehreren Milliarden Atomen geeignet sind. Die Ungleichheit der Längenskalen bei atomistischen Simulationen hat zu einer Vielzahl von Modellen für die interatomare Wechselwirkung geführt. Es ist oft nicht klar, welche Eigenschaften von den verschiedenen existierenden Modellen konsistent vorhergesagt werden und bei welchen Eigenschaften die Vorhersagen erheblich voneinander abweichen. Praktiker auf diesem Gebiet müssen sich auf ihre Erfahrung, ihren gesunden Menschenverstand und das GIGO-Prinzip ('garbage in, garbage out') Prinzip verlassen, das im Zusammenhang mit atomistischen Simulationen im Wesentlichen besagt, dass man keine gültigen Simulationsergebnisse erwarten darf, wenn das interatomare Wechselwirkungsmodell für die betreffende Simulation nicht geeignet war. Angesichts der Bedeutung von atomistischen Simulationen ist es überraschend, wie wenig Arbeit einem systematischen Vergleich und einer Validierung von Modellen der interatomaren Wechselwirkung gewidmet wurde, wobei wir den Begriff Validierung für den Prozess der Quantifizierung der Eigenschaften eines bestimmten interatomaren Wechselwirkungsmodells verwenden und daraus die Eingrenzung seines Anwendungsbereichs ableiten. Mit diesem Projekt stellen wir Werkzeuge und Handlungsanweisungen zur Verfügung, die eine übertragbare Validierung von atomaren Wechselwirkungsmodellen ermöglichen und so den Anwendungsbereich und die Übertragbarkeit spezifischer Modelle quantifizieren.

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