Järnväg med överlagrade resultat från teoretiska beräkningar

Teori och modellering

Teori används för att utveckla koncept och beräkningsverktyg. Idag är dessa verktyg väl utvecklade och med hjälp av kraftfulla datorer kan till och med komplexa material modelleras med hög precision. Chalmers har en stark tradition av forskning inom materialteori, i nära samarbete med experimentell verksamhet och teknisk utveckling och med koppling till etablerade och framväxande företag.

Teoretisk modellering av material kräver en rad olika tekniker för olika längd- och tidsskalor. På grundläggande elektronisk nivå dominerar täthetsfunktionalteori. En lång tradition inom metodutveckling på Chalmers har lagt grunden för vidare arbete och på senare år har täthetsfunktionalteori, ofta i kombination med andra teoretiska metoder, genererat nyckelresultat inom högpresterande material, inom nanokatalys och nanoelektronik, samt inom hållbara energisystem.

På en mer makroskopisk nivå har Chalmers mycket verksamhet inom multiskalmodellering och simulering av mekaniska och fysikaliska egenskaper hos olika material: metaller, skum, jord, pulver, polymerer, kompositer och biomaterial. Särskild vikt läggs vid heterogenitet, t ex korn och faser i polykristallina metaller, och vid adaptiv multiskalmodellering med felkontroll.

Exempel på excellens

Kombinationen av täthetsfunktionalteori, effektiva algoritmer och högpresterande datorer has skapat en verktygslåda för kvantitativ materialteori. Genom att tillämpa dessa nya beräkningsverktyg har man kunnat förutse nanostrukturer vid gränsytor i hårda metaller, i samarbete med svensk industri. Det öppnar möjligheter för teknisk design av gränsytor, för att skräddarsy mikrostrukturen för särskilda applikationer och med specifika materialegenskaper. 

Förbättrad täthetsfunktionalteori har tagits fram för att på samma gång ta hänsyn till dispersiva (van der Waals) krafter och andra bindningstyper. Tack vare denna s k van der Waals täthetsfunktional (vdW-DF) kan man numeriskt effektivt och precist beskriva glesa och mjuka material. Metoden har utvecklats i ett samarbete mellan Chalmers och Rutgers University och används nu världen över. Den har ökat tillämpbarheten för parameterfri täthetsfunktionalteori till att omfatta nya klasser av material.​

Publicerad: ti 11 aug 2020.