Hochleistungs-Rechencluster
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Als wesentliches Simulations-Tool des Landesexzellenzclusters „Integrated Materials Systems“ gestartet, ist der geförderte Clusterrechner seit 2012 die Säule für Materialsimulation auf atomarer Skala innerhalb des SFB 986 „Maßgeschneiderte Multiskalige Materialsysteme“, der aus dem Landesexzellenzcluster hervorgegangen ist. Die zur Anwendung kommende Methode der Dichtefunktionaltheorie in Verbindung mit Konzepten der statistischen Physik – wie zum Beispiel der Clusterentwicklung – benötigt zwingend den Einsatz eines Massiv-Parallelrechners mit beträchtlichem Arbeitsspeicher, um Observable von den gewünschten Materialsystemen mit hinreichender Genauigkeit vorhersagen zu können. Dabei erlaubt der geförderte Clusterrechner Modellsysteme von Hybridmaterialien (insbes. Metall/Keramik/Polymer-Systeme) oder von Kohäsivzonen innerhalb eines Materials in einer Komplexität zu erstellen, die Materialdesign auf state-of-the-art-Level verkörpern. So werden z. B. Adsorptionsgeometrien, Adsorptionsenergetik und deren Abhängigkeiten von Oberflächenverzerrungen für ein breites Spektrum an Systemklassen untersucht. Die Phasenstabilität in bzw. auf Metalllegierungen ist ein zentrales Thema, das mit dem geförderten Clusterrechner untersucht wird. Durch Kombination der mächtigen Materialsimulationsmethoden Dichtefunktionaltheorie und Clusterentwicklung konnten für zahlreiche Systeme Grundzustands- bzw. Stabilitätsdiagramme erstellt werden. Dies beinhaltet u. a. Phasendiagramme binärer, ternärer und quaternärer Legierungen oder Segregationsprofile von Legierungen an Oberflächen mit und ohne Adsorbatbeeinflussung. Mit Letzteren können beispielsweise technologisch relevante Phänomene wie Korrosion und Katalyse verstanden und modifiziert werden. Um die zur Stabilisierung einer Clusterentwicklung notwendige und hinreichend große Datenbasis aus dichtefunktional-evaluierten Strukturen zu generieren, war die Rechenleistung des geförderten Rechenclusters unabkömmlich. Weiterhin wurden mechanische Eigenschaften verschiedener Metalllegierungen untersucht. Dabei reicht das Spektrum von der Identifizierung von Ordnungsphänomenen, die zu einer Präzipitathärtung führen, bis zur quantitativen Abhängigkeit elastischer Konstanten von der Stabilität einer atomaren Konfiguration. Die für Letzteres notwendige dichtefunktional-basierte Clusterentwicklungen elastischer Konstanten ist weltweit einzigartig und wäre ohne die für solche Arbeitsspeicher- und Rechenzeitintensiven Kalkulationen idealen Bedingungen, die das geförderte Großgerät den Nutzern bietet, nicht vorstellbar gewesen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A canonical stabilityelasticity relationship verified for one million face-centeredcubic structures. Nature 491, 740-743 (2012)
Maisel, S.B., Höfler, M., Müller, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nature11609) - Adsorbate-induced segregation: First-principles study for C/Pt25Rh75(100). Physical Review B 86 (19) 195420 (2012)
Kerscher, T.C., Landgraf, W., Podloucky, R., Müller, S.
- First-principles study of hydrogen ordering in lanthanum hydride and its effect on the metalinsulator transition. Physical Review B 86 014107 (2012)
Kerscher, T.C.; Schöllhammer, G.; Herzig, P.; Wolf, W.; Podloucky, R.; Müller, S.
- An accidental visualization of the Brillouin zone in an Ni-W alloy via diffuse scattering. Journal of Applied Crystallography 46, 1211-1215 (2013)
Maisel, S.B., Schindzielorz, N., Müller, S., Reichert, H., Bosak, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1107/S0021889813016270) - Sign-inverted response of aluminum work function to tangential strain. Journal of Physics: Condensed Matter 25, 445012 (2013)
Michl, A., Weissmüller, J., Müller, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/44/445012) - Ab-initio modeling of electromechanical coupling at Si surfaces. Journal of Applied Physics 116, 073507 (2014)
Hoppe, S., Michl, A., Weissmüller, J., Müller, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4893375) - Discovery of a thermally persistent h.c.p. solid-solution phase in the Ni-W system. Journal of Applied Physics 116, 083515 (2014)
Kurz, S.J.B., Maisel, S., Leineweber, A., Höfler, M., Müller, S., Mittemeijer, E.J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4894148) - Nickel-rhenium compound sheds light on the potency of rhenium as a strengthener in high-temperature nickel alloys. Physical Review B 90, 094110 (2014)
Maisel, S., Schindzielorz, N., Mottura, A., Reed, R.C., Müller, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.094110) - Phase behavior and mechanical properties of Ni-W studied by first-principles calculations and ab initio based thermodynamics. Acta Materialia 75, 307-315 (2014)
Schindzielorz, N., Nowak, K., Maisel, S. B., Müller, S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.04.029) - The Role of Hydrogen on the Adsorption Behavior of Carboxylic Acid on TiO2 Surfaces. Journal of Physical Chemistry C 118, 10771-10779 (2014)
Heckel, W., Elsner, B.A.M., Schulz, C., Müller, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jp500507a)
