Modellierung und Simulation

Die Einheit Modellierung und Simualtion begleitet experimentelle Arbeiten am Institut mittels mathematischer Modelle. Schwerpunkt ist die enge Verzahnung von Theorie und Experiment, wodurch detailierte Einblicke in Mechanismen und Materialeigenschaften erhalten werden können. Ziel ist es Prozesse zu optimieren und Materialien zielgerichtet zu designen. Dabei kommen Methoden über verschiedenste Größenordnungen und Zeitskalen zum Einsatz. Auf subatomarer Ebene sind dies primär Verfahren aus der statischen Quantenchemie. Neben der Dichtefunktionialtheorie werden ebenfalls post Hartree-Fock Methoden verwendet. Kraftfeldmodelle haben sich insbesondere für Simulationen auf atomarer Ebene bewährt. Auf mesoskopischen Skalen kommen verstärkt finite Elemente Methoden und stochastische Ratengleichungen zum Einsatz.

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Highlights

  • Optimizing the deposition rate and ionized flux fraction by tuning the pulse length in high power impulse magnetron sputtering

    M. Rudolph, N. Brenning, M.A. Raadu, H. Hajihoseini, J.T. Gudmundsson, A. Anders, D. Lundin
    Plasma Sources Sci. Technol. 29 (2020) 05LT01
    DOI: 10.1088/1361-6595/ab8175 

    Hochleistungs-Impuls-Magnetronsputtern (HiPIMS) ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung mit hoher Ionisierierungsrate der abzuscheidendenen Materialien. Es wird gezeigt, dass die typischerweise geringere Abscheiderate vom HiPIMS im Vergleich zu kontinuierlichem Sputtern (dcMS) gesteigert werden kann, indem die Pulslänge verkürzt wird. Wenn dabei gleichzeitig die Peak-Stromstärke beibehalten wird, kann ein Gewinn in der Abscheiderate ohne Kompromisse beim Ionenfluss auf das Substrat erreicht werden.

  • Reagent-free programming of shape-memory behavior in gelatin by electron beams: Experiments and modeling

    S. Riedl, S. G. Mayr
    Phys. Rev. Appl. 9 (2018) 024011
    https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.9.024011

    Es wird gezeigt, dass über Elektronenstrahlung Gelantine in ein Material mit Formgedächtniseffekt verwandelt werden kann. Neben der experimentellen Quantifizierung dieses Effektes wird ein Modellierungsansatz vorgestellt, der es erlaubt Materialeigenschaften vorherzusagen. 

  • Low-Temperature Photochemical Conversion of Organometallic Precursor Layers to Titanium(IV) Oxide Thin Films

    P. C. With, U. Helmstedt, S. Naumov, A. Sobottka, A. Prager, U. Decker, R. Heller, B. Abel, L. Prager
    Chem. Mater. 28 (2016) 7715-7724
    https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b02757

    Beschichtungen aus Titanoxid können aus metallorganischen Präkursoren bei Atmosphärendruck und nahe Raumtemperatur gewonnen werden. Quantenchemische Berechnungen komplementieren die experimentellen Arbeiten und geben Einblick auf sich gebildete Ringstrukturen im Zuge der Reaktion.