Atomistic simulations for material processes within multiscale method

Yu, Chol-Jun; Emmerich, Heike

doi:29394

Atomistic simulations for material processes within multiscale method = Atomistische Simulationen für die Material-Prozesse innerhalb Multiscale-Methode / vorgelegt von Chol-Jun Yu

Yu, Chol-Jun (Author)

2009

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangIII, 164 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Emmerich, Heike (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-05-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-28001
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51104/files/Yu_Choljun.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Dichtefunktionalformalismus (Genormte SW) ; Monte-Carlo-Simulation (Genormte SW) ; Oberflächenspannung (Genormte SW) ; Atomschichtepitaxie (Genormte SW) ; Korrosionsinhibierung (Genormte SW) ; Silicate (Genormte SW) ; Perowskit (Genormte SW) ; Naturwissenschaften (frei) ; molecular dynamics (frei) ; embedded atom method (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 500
pacs: 71.15.Mb * 71.15.-m * 68.43.Bc * 68.35.B- * 68.08.-p * 63.20.dk * 61.20.Ja * * 77.65.-j

Kurzfassung
Techniken atomistischer Simulationen, wie First Principles, Molecular Dynamics oder Monte Carlo Methoden, sind als starke ingenieurwissenschaftliche Werkzeuge für das Design neuer funktionaler Materialien anerkannt. Sie dienen als grundlegendste Art um ein verlässliches und integriertes Bezugssystem für Multiskalensimulationen zu konstruieren, und geben darüber hinaus Auskunft über die Mechanismen, die hinter den charakteristischen Eigenschaften und Prozessen auf der atomistischen Skala stehen. In dieser Arbeit sind einige Ansätze durchgeführt worden, um eine Art Multiskalensimulation auszuführen, mit besonderer Beachtung der verfügbaren Informationen von Simulationen auf kleineren Skalen für solche auf größeren Skalen. Als erstes ist ein effizienter „First principles“-Ansatz mit virtuellen Kristallapproximationsmethoden erstellt worden um die Materialeigenschaften von festen Lösungen mit Hilfe der Dichte-Funktional-Theorie zu berechnen. Die Fähigkeiten der vorhergehenden Ansätze wurden erweitert, indem virtuelle Atomzusammensetzungen von heterovalenten Atomen mit der benötigten Präzision behandelt worden sind. Weiterhin wird eine Möglichkeit präsentiert, die First-Principles-Simulation mit der Monte Carlo-Simulation für Oberflächenphänomene zu verknüpfen. Dafür ist die fundamentale Energetik mit Hilfe der detaillierten atomistischen Morphologie der Oberflächenstruktur durch First-Principles-Simualtionen berechnet worden, welche in Monte Carlo-Simulationen genutzt wird um eine großskalige Morphologie und schnelle kinetische Prozesse zu simulieren. Außerdem sind Molecular Dynamics-Simulationen durchgeführt worden um die Materialparameter für Phasenfeldsimulationen auf der Kontinuumsskala zu bestimmen. Die Ergebnisse der First Principles-Simulationen sind dazu verwendet worden, das interatomare Potential in der Embedded-Atom-Methode zu konstruieren und die Resultate der Molecular Dynamics-Simulationen sind wiederum als Parameter der Phasenfeldsimulation verwendet worden.

Atomistic simulation technique such as first-principles, molecular dynamics and Monte Carlo methods has been recognised as a powerful engineering tool to design a new functional material. It serves as the most fundamental procedure to construct a reliable and integral multiscale simulation framework, as well as gives the mechanisms behind the characteristic property and process at atomic scale. In this work some attempts to realize a kind of multiscale simulation have been carried out, paying attention to the necessary information availabe from smaller scale simulations for larger scale simulations. Firstly, an efficient first-principles approach with virtual crystal approximation is proposed for calculating the material properties of solid solutions within density functional theory. The capability of the previous approaches was extended to treat a virtual atom composed of the heterovalent atoms with reasonable accuracy. Secondly, a way to connect the first-principles simulation to the Monte Carlo simulation is presented, applying to surface phenomena. In this attempt the fundamental energetics was calculated with detailed atomic morphology of the surface structure by means of the first-principles simulations, which are utilised in larger scale Monte Carlo simulation to simulate larger scopic morphology and fast kinetic process. Thirdly, molecular dynamics simulations have been performed to calculate the material parameters for continuum scale phase field simulations. The first-principles simulation results are utilised to construct the interatomic potential in the embedded atom method, and the results of molecular dynamics simulations are served as the phase field parameters.

Fulltext:
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