MULTI-STEP: Multiskalige spannungsgesteuerteThermodynamische Gleichgewichtsvorhersagen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lucie Tajcmanova
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568808937

Unter spezifischen Umweltbedingungen, wie variierendem Druck und Temperatur, durchlaufen Gesteine und Metalle Phasenübergänge, um das thermodynamische Gleichgewicht zu erreichen. Diese Übergänge können die mechanischen Eigenschaften von natürlichen und technischen Materialien erheblich beeinflussen. Die Untersuchung von Mineralassemblagen bietet wichtige Einblicke in die Bedingungen ihrer Entstehung und ermöglicht die Rekonstruktion wesentlicher geodynamischer Prozesse, wie Orogenese, Rifting oder Subduktion. Bei metallischen Materialien ist die Entwicklung mehrerer Phasen entscheidend, um die Leistung zu optimieren. Sowohl in der Geowissenschafts- als auch in der Metallurgiegemeinschaft basiert die Berechnung der Phasenstabilitätsfelder auf zwei grundlegenden Hypothesen: i) Der Druck, der den Phasenübergang steuert, ist ein statisches und skalaren Maß für den Stress; ii) Deviatorische Spannungen haben keinen Einfluss auf das Phasengleichgewicht. Diese Hypothesen haben jedoch kürzlich in beiden Gemeinschaften Diskussionen ausgelöst. In diesem Kontext schlägt unser Projekt vor, die klassischen Hypothesen für die Berechnung des Phasengleichgewichts mit einem multiskalaren numerischen Ansatz zu überwinden, der von der atomistischen bis hin zur großskaligen thermomechanischen Modellierung reicht und mit mikromechanischen Experimenten gekoppelt wird. Atomistische Simulationen sind optimale Werkzeuge zur Berechnung von freien Energien und zur Ableitung von Phasendiagrammen unter variierenden thermomechanischen Bedingungen (z.B. deviatorischer Stress). Durch Kreuzvalidierung mit sowohl bestehenden als auch neu gewonnenen experimentellen Daten werden die berechneten nicht-hydrostatistischen Phasendiagramme in Kontinuumsmodellierungsrahmenwerken von der Mikrostruktur- bis zur geodynamischen Skala verwendet. Die Methodologie wird zunächst für die α/ω-Transformation von Titan entwickelt, die ein wichtiger mikrostruktureller Evolutionsmechanismus ist, für den umfangreiche experimentelle Daten vorliegen. Danach wird der vorgeschlagene Ansatz auf den polymorphen Übergang von Quarz zu Coesit angewendet, eine wichtige Grenze im ultrahochdruckmetamorphismus (Druck über 2,7 GPa), die entscheidend für das Verständnis wesentlicher geodynamischer Prozesse ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Jean Furstoss; Professor Dr.-Ing. Daniel Pino Muñoz