Fundamentala teknologiska egenskaper hos avancerade metalliska legeringar (forts)

Tidsperiod:

1 januari 2016 – 31 december 2019

Projektledare:

Börje Johansson

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

2 880 000 SEK

Atomer i fasta kroppar hålls samman av elektroner. Elektronerna kan sägas bilda ett slags "kitt" som binder ihop atomkärnorna till varandra. För att teoretiskt beskriva detta krävs att man kan beräkna hur elektronerna rör sig i systemet. Utgående från den s k Schrödingerekvationen kan man räkna ut detta och på så sätt få en uppfattning om hur elektronerna breder ut sig i systemet.

För ett material som består av 1023 atomer är detta ett mycket omfattande problem. För kristallina material (d.v.s. där atomernas lägen intar symmetriska positioner) kan man ta hjälp av symmetrin och reducera ner problemet till en nivå som är hanterbar. I det enklaste fallet fås att symmentrienheten, enhetscellen, innehåller en enda atom. De allra flesta system är dock långt mer komplicerade än så och beräkningstiden växer som N3 (N=antalet atomer i enhetscellen). Om problemet sedan är sådant att det inte kan reduceras till mindre än 100 atomer i enhetscellen så växer beräkningstiden med en faktor 1 miljon. Detta gör att det i praktiken blir ett olösligt problem på grund av den långa beräkningstiden. Emellertid har vi helt nyligen utarbetat metoder som är sådana att problemets svårighet endast växer som N, d.v.s. för det nämnda fallet tjänar vi en faktor 10 000 i tid.

Teknologiska material är ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom våra metodutvecklingar öppnar sig nya spännande möjligheter att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, dvs baserat på kvantmekaniska principer. Egenskaperna hos s.k. intermetalliska legeringar är högintressanta för teknologiska tillämpningar. Som exempel kan nämnas höghållfasta superlegeringar, eldfasta material, och supraledare. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material.

Detta motiverar starkt behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos dessa system som används i industrin och i var människas vardag och som finner tillämpningar inte bara inom fysiken utan även inom kemin, metallurgin, miljöteknologin, etc. Huvudsyftet med detta projekt är att utveckla nya materialsammansättningar med optimala egenskaper. Allt detta baserat på teoretiska studier av relevanta materialparametrar.

Utgående från detta studerar vi lantanider i förening med andra metaller. Syftet i detta projekt är att finna andra element (eller sammansatta element) än lantanider som skulle kunna ge liknande materialförbättrande egenskaper hos högteknologiska material. På så sätt skulle världens bekymmersamma beroende av Kina som exportör av sällsynta jordartsmetaller kunna reduceras åtskilligt.