Virtual Material Design

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

Die Schwerpunkte der Forschung und Entwicklung in der Abteilung Virtual Material Design liegen einerseits of hochmodernen Methoden zur Multiskalen-Modellierung und effizienten Techniken zur numerischen Simulation in den rechnergestützten Materialwissenschaften und der Computerchemie und andererseits auf state-of-the-art numerischen Methoden für hochdimensionale Probleme, Optimierung, maschinelles Lernen und (Big) Data Analysis. Zusätzlich werden die Simulations- und Datenanalysetechnologien mit existierendem Expertenwissen und Daten kombiniert. Ziel ist es, innovative Werkstoffe und Moleküle 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 und Datenanalyse 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 Materialwissenschaft, Chemie und Nanotechnologie ein zentrales Thema.

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