Verformung metallischer Gläser auf atomarer Skala aufklären

Metallische Gläser besitzen ähnlich wie herkömmliches Fensterglas eine ungeordnete Struktur was sie zu sehr harten Materialien macht. Sie gelten als attraktive Kandidaten für neue und funktionelle Werkstoffe. Ähnlich wie Fensterglas neigen sie jedoch dazu plötzlich katastrophal zu brechen anstatt sich plastisch zu verformen, was sie zu weniger geeigneten Strukturmaterialien macht. Unter Belastung entwickeln sich Scherbänder, die in Folge zu katastrophalem Versagen führen können. Derzeit verstehen wir nicht vollständig, wie die Struktur metallischer Gläser mit der Bildung von Scherbändern zusammenhängt. Die genauen Mechanismen und die Abfolge der Ereignisse, sind aufgrund der ungeordneten Struktur metallischer Gläser und der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit und geringen Abmessungen von Scherbändern experimentell schwer aufzulösen. Das Verständnis, wie diese Scherbänder entstehen und wie sie durch die Struktur metallischer Gläser beeinflusst werden, ist jedoch entscheidend für die Entwicklung besserer Materialien. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Verformung in metallischen Gläsern durch eine Kombination von Computersimulationen und modernen experimentellen Methoden zu untersuchen. Mithilfe leistungsstarker Elektronenmikroskope und Hochleistungscomputern werden wir uns das Verhalten metallischer Gläser auf atomarer Ebene ansehen. Ziel ist es das was wir in den Experimenten sehen mit dem zu vergleichen was die Simulationen vorhersagen, um besser zu verstehen wie sich diese Materialien verformen. Das erste Ziel ist die Entwicklung neuer Methoden zur Untersuchung von Verformungsmechanismen metallischer Gläser, von kleinsten atomaren Bewegungen bis hin zu Verformungen in größerem Maßstab. Auf atomarer Ebene wenden wir ein Modell an, das die Bildung von Scherbändern durch lokale Verformungszonen, sogenannte Schertransformationszonen, und Wirbelbildung beschreit. Wir werden das Schertransformationszonen-Wirbel Modell weiterentwickeln, optimieren und anwenden und die Korrelation zwischen lokalen Struktur-/Eigenschaftsschwankungen und lokaler Verformung, von kleinen elastischen Anregungen bis zum endgültigen Bruch, herzustellen. Ein spannender Aspekt dieses Projekts ist, dass wir dank der hohen Auflösung, die neuen Methoden der Transmissionselektronenmikroskopie erreichen können, die experimentellen Ergebnisse direkt mit atomistischen Simulationen vergleichen können. Das zweite Ziel ist die Vorhersage der Verformung metallischer Gläser mithilfe künstlicher Intelligenz, insbesondere maschinellem Lernen. Durch den Einsatz von verschiedenen Deskriptoren können wichtige Fortschritte bei der Ermittlung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auf atomarer Ebene erzielt werden. Eine synergetische Kombination aus multiskaligen Simulationen, maschinellen Lerntechniken und modernen Experimenten wird wertvolle Einblicke in das Design metallischer Gläser mit maßgeschneiderten Eigenschaften liefern und zur Entwicklung neuer, verbesserter Materialien beitragen.