Forschungsgruppe Romaner
Die Forschungsaktivitäten zielen auf die Simulation von Materialeigenschaften ab, insbesondere auf ein besserer Verständnis von kristallographischen Defekten, einschließlich Versetzungen, Korngrenzen und metallischen Oberflächen, sowie auf die Untersuchung der Wechselwirkung von Molekülen mit metallischen Oberflächen. Eine zentrale Frage ist, wie sich Änderungen der chemischen Zusammensetzung auf atomare Größen auswirken und welche Folgen dies für das Materialverhalten insgesamt hat.
Versetzungen
Ein wichtiges Thema ist das Verständnis der Kernstrukturen von Versetzungen in krz Metallen, wo atomare Simulationen die Auswirkungen von Legierungselementen auf Versetzungskerne, Peierls-Spannungen oder die Gleitebenen liefern. Solche Simulationen bieten Einblicke in die grundlegenden Mechanismen der plastischen Verformung und ermöglichen es Trends für die Festigkeit und Duktilität kristalliner Werkstoffe abzuleiten.
Für weitere Informationen siehe:
- L. Romaner, T. Pradhan, A. Kholtobina, R. Drautz, and M. Mrovec, “Theoretical investigation of the 70.5° mixed dislocations in body-centered cubic transition metals,” Acta Mater., vol. 217, 2021.
- A. S. Kholtobina, R. Pippan, L. Romaner, D. Scheiber, W. Ecker, and V. I. Razumovskiy, “Hydrogen trapping in bcc iron,” Materials (Basel)., 2020, doi: 10.3390/ma13102288.
- H. Li, C. Draxl, S. Wurster, R. Pippan, and L. Romaner, “Impact of d-band filling on the dislocation properties of bcc transition metals: The case of tantalum-tungsten alloys investigated by density-functional theory,” Phys. Rev. B, vol. 95, no. 9, 2017, doi: 10.1103/PhysRevB.95.094114.
- L. Romaner, V. I. Razumovskiy, and R. Pippan, “Core polarity of screw dislocations in Fe-Co alloys,” Philos. Mag. Lett., 2014, doi: 10.1080/09500839.2014.904055.
- H. Li, S. Wurster, C. Motz, L. Romaner, C. Ambrosch-Draxl, and R. Pippan, “Dislocation-core symmetry and slip planes in tungsten alloys: Ab initio calculations and microcantilever bending experiments,” Acta Mater., vol. 60, no. 2, pp. 748–758, Jan. 2012, doi: 10.1016/j.actamat.2011.10.031.
- L. Romaner, C. Ambrosch-Draxl, and R. Pippan, “Effect of Rhenium on the Dislocation Core Structure in Tungsten,” Phys. Rev. Lett., vol. 104, p. 195503, 2010.
- G. Schoeck and L. Romaner, “Deviations and polarity of [100] dislocations in bcc metals,” Philos. Mag. Lett., vol. 90, no. 6, 2010, doi: 10.1080/09500831003680760.
Grenzflächen
Atomistische Simulationen von Grenzflächen erlauben es ihre strukturellen Eigenschaften, Energetik und chemischen Zusammensetzung zu untersuchen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis von Segregationsphänomenen, die durch die Kopplung von atomistischen und thermokinetischen Simulationen beschrieben werden. Eine enge Validierung ist mit Atomsonden-Tomographie-Messungen möglich, die ebenfalls im Department Werkstoffwissenschaft durchgeführt werden können..
Für weitere Informationen siehe:
- A. Ahmadian et al., “Aluminum depletion induced by co-segregation of carbon and boron in a bcc-iron grain boundary,” Nat. Commun., vol. 12, no. 1, 2021.
- D. Scheiber, L. Romaner, R. Pippan, and P. Puschnig, “Impact of solute-solute interactions on grain boundary segregation and cohesion in molybdenum,” Phys. Rev. Mater., vol. 2, no. 9, 2018.
- K. Leitner et al., “How grain boundary chemistry controls the fracture mode of molybdenum,” Mater. Des., vol. 142, pp. 36–43, 2018, doi: 10.1016/j.matdes.2018.01.012.
- D. Scheiber, R. Pippan, P. Puschnig, and L. Romaner, “Ab initio calculations of grain boundaries in bcc metals,” Model. Simul. Mater. Sci. Eng., vol. 24, no. 3, p. 035013, 2016, doi: 10.1088/0965-0393/24/3/035013.
- D. Scheiber, V. I. Razumovskiy, P. Puschnig, R. Pippan, and L. Romaner, “Ab initio description of segregation and cohesion of grain boundaries in W–25 at.% Re alloys,” Acta Mater., vol. 88, pp. 180–189, Apr. 2015, doi: 10.1016/j.actamat.2014.12.053.
- V. I. Razumovskiy, S. V. Divinski, and L. Romaner, “Solute segregation in Cu: DFT vs. Experiment,” Acta Mater., vol. 147, pp. 122–132, 2018, doi: 10.1016/j.actamat.2018.01.011.
- D. Scheiber, O. Renk, M. Popov, and L. Romaner, “Temperature dependence of surface and grain boundary energies from first principles,” Phys. Rev. B, vol. 101, p. 174103, 2020, doi: 10.1103/PhysRevB.101.174103.
Datengetriebene Modellierungsmethoden
Ziel ist die Entwicklung hybrider Modellierungsmethoden für materialwissenschaftliche Phänomene. Dazu gehört beispielsweise die Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens auf Ergebnisse von DFT-Berechnungen, um den Aufwand solcher Rechnungen zu reduzieren. Darüber hinaus sind wir beim Aufbau von Datenbanken mit Materialeigenschaften tätig. So werden beispielsweise im Rahmen des FWF-Projekts P 34179 "Hybrid Modeling of Grain Boundary Chemistry" Datenbanken für die Korngrenzensegregation erstellt. Eine weitere Anwendung dieser Methodik ist die Erstellung von sogenannten CALPHAD-Assessments, bei denen DFT-Daten und experimentelle Daten für die vorhersagekräftige Simulation thermodynamischer Eigenschaften von Materialien kombiniert werden.
Für weitere Informationen siehe:
- Christoph Dösinger, Tobias Spitaler, Alexander Reichmann, Daniel Scheiber, Lorenz Romaner., „Applications of Data Driven Methods in Computational Materials Design“, BHM, 168, 1, 2022
- M. N. Popov, J. Spitaler, L. Romaner, N. Bedoya-Martínez, and R. Hammer, “Bayesian Optimization of Hubbard U’s for Investigating InGaN Superlattices,” Electron. Mater., vol. 2, no. 3, pp. 370–381, Aug. 2021, doi: 10.3390/electronicmat2030025.