Virtual Material Design

Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

Die Entwicklung neuer Materialien und innovativer Werstoffe ist für eine Vielzahl von Herausforderungen des 21. Jahrhunderts in den Feldern Energie, Umwelt, Gesundheit, Mobilität, Sicherheit und Kommunikation von entscheidender Bedeutung. Somit gehören die Materialwissenschaft und Nanotechnologie zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts und als interdisziplinäre Querschnittsthemen fließen hier zum einen grundlegende Naturwissenschaften sowie anwendungsorientierten Ingenieurwissenschaften zusammen.

In der Abteilung »Virtual Material Design« werden neue Materialien auf der Nano-, Mikro- und Makro-Skala auf großen Parallelrechnern mit modernen numerischen Multiskalen-Methoden aus der Quantenmechanik, Moleküldynamik und der Kontinuumsmechanik simuliert. Ziel ist es, innovative Werkstoffe mit interessanten Eigenschaften im Rechner zu kreieren und zu untersuchen, um so Struktur- sowie Designvorschläge zu machen, noch bevor solche Stoffe real im Labor synthetisiert werden. Dieser Zugang verspricht, Experimente im Labor durch virtuelle Experimente im Rechner zu ersetzen. Somit lassen sich mit Hilfe der Numerischen Simulation die Entwicklungskosten substantiell reduzieren. Zudem können auch vollkommen neuartige Materialien gefunden werden.

In diesem Rahmen ist neben Multiskalen-Modellierung, insbesondere die Entwicklung und Implementation von schneller paralleler Simulationssoftware für die Materialwissenschaft und Nanotechnologie ein zentrales Thema.