Mesoskopisches Modell der neuen Art
Eine Modellierung ist hier von entscheidender Bedeutung für eine effiziente und effektive Gestaltung in sämtlichen Bereichen. Eine Steuerung der Spannungseffekte in multifunktionalen kristallinen Materialien gestattet es, die resultierenden Signale (z. B.: Magnetisierung und Polarisation) bei der technischen Entwicklung neuartiger Bauelemente mit optimalen Eigenschaften auszunutzen. Leider fehlen hier die mesoskopischen, d. h. zwischen mikroskopisch und makroskopisch angesiedelten Modelle der Verhaltensweisen von Kristallgittern. Zum Schließen der "Mikron-Lücke" an fehlenden Zeit- und Längengrößenordnungen initiierten EU-finanzierte Wissenschaftler das Projekt "Mesoscopic framework for modeling physical processes in multiphase materials with defects" (MESOPHYSDEF)(öffnet in neuem Fenster). Das von ihnen entwickelte Modell ist universell auf Materialien mit einer gegebenen Referenzkristallstruktur (bzw. Raumgruppensymmetrie) anwendbar, die einen kubischen bis tetragonalen Phasenübergang aufweisen. Die Parameter für das Modell entnahm man ersten Prinzipien oder atomistischen Berechnungen und das Modell sagt makroskopische Verhaltensweisen voraus. Anders als Finite-Elemente-Modelle behält es die Einzelheiten der diskreten Natur des Gitters bei. Der Nutzer präzisiert die Position und den Typ eines Punktdefekts im Kristallgitter und das Modell beschreibt die Verformung des Gitters. Ein Vergleich der Modellprognosen mit experimentellen Messungen der Depolarisation oder Entmagnetisierung ermöglicht uns, die den beobachteten Effekten zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen zu durchschauen. Diese allgemeine Modell ist konzeptionell einfach, aber physikalisch korreliert, und erfasst zahlreiche Materialien der gleichen Klasse. Die Projektaktivitäten konnten den Weg hin zur Bestimmung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in kristallinen Mehrphasenmaterialien in allen Längen- und Zeitdimensionen ebnen. Auf diese Weise wird die Tür zur schnellen wissensbasierten Gestaltung und Entwicklung von neuartigen Bauelementen mit maßgeschneiderten Eigenschaften wie Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdung oder Strahlenschäden aufgestoßen.
