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Dr. Johannes J. Möller hat den DGM-Nachwuchspreis 2018 der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde e.V. erhalten. Die DGM zeichnete den Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM auf ihrer Jahrestagung in Darmstadt für seine Arbeiten im Bereich atomistischer Simulationen der Werkstoffeigenschaften von Metallen aus. Der DGM-Nachwuchspreis wird an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergeben, deren bisherige Arbeiten auch für die Zukunft überdurchschnittliche Leistungen erwarten lassen.
Atomistische Simulationen sind das Spezialgebiet von Dr. Johannes J. Möller und seine Aktivitäten sind auf diesem Gebiet breit gefächert. Im Rahmen seiner Doktorarbeit leistete er beim Thema Materialbruch Pionierarbeit zum Verständnis darüber, wie sich Risse durch komplexe Mikrostrukturen bewegen, wie sich gekrümmte Risse verhalten und insbesondere darüber, auf welche Weise sich die Krümmung auf die Verformung im Bereich der Rissspitze auswirkt. Dr. Möller nutzt für seine Untersuchungen molekulardynamische Simulationsmethoden mit mehreren hundert Millionen Atomen. Ein weiterer Bereich seiner Aktivitäten ist die Simulation der Plastizität von Metallen auf der Nanoskala.
Mit Maschinellem Lernen nützliche Werkstoffe finden
Am Fraunhofer IWM hat Dr. Möller maßgeblich zur Vorhersage magnetischer Eigenschaften von Hartmagneten beigetragen: Mit Methoden des Maschinellen Lernens (ML) werden in der Gruppe »Materialmodellierung« materialwissenschaftliche Fragestellungen zur Entdeckung und Entwicklung neuer Werkstoffe beantwortet. Solche ML-Algorithmen tauchen im Alltag eher bei der Internetsuche oder bei der Sprachsteuerung von Smartphones auf. Die Herausforderung, diese Methodiken für die Materialwissenschaft nutzen zu können, liegt in der numerischen Beschreibung der betrachteten Werkstoffe: »Sie muss so beschaffen sein, dass der Lern-Algorithmus damit auch tatsächlich etwas anfangen kann«, sagt Dr. Möller. Der Computer muss errechnen, welche Atomnachbarn in dem betreffenden Material mit welchen Abständen und Winkeln zueinander existieren können. »Dabei müssen viele Millionen atomare Beziehungsmöglichkeiten betrachtet und bewertet werden – und nur die realistischen wollen wir herauspicken«, erklärt der Werkstoffwissenschaftler. Auf dieser Grundlage haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IWM eine datenbasierte Suche entwickelt, mit der Unternehmen in den Bereichen Elektromobilität und Erneuerbare Energien neue Werkstoffe für Hartmagnete finden können, die beispielsweise weniger Seltenerdmetalle als bisher aufweisen und dennoch leistungsstark und kostengünstig sind.
Datengetriebene Materialwissenschaft
»Wir haben außerdem ein Tool entwickelt, mit dem wir Daten für das Maschinelle Lernen aufbereiten und aus verschiedenen Quellen zusammenführen: aus der Literatur, aus den bei Herstellern schon vorhandenen Daten und aus neuen Simulationen«, erklärt Dr. Möller. Diese Zusammenführung ist die Basis, auf der ganz unterschiedliche werkstoffmechanische Fragestellungen beantwortet werden können. »Bisher arbeitete die Materialwissenschaft auf der Basis von drei Paradigmen: der Theorie, dem Experiment und der Simulation«, erläutert Dr. Möller. »Jetzt kommt das vierte Paradigma hinzu, die datengetriebene Wissenschaft, die auf der Basis großer Datenmengen neue Zusammenhänge findet.« Das Fraunhofer IWM arbeitet in diesem Zusammenhang an digitalen Repräsentationen von Werkstoffen und integriert darin vorhandene, heterogene Werkstoffdaten. Dabei werden Datenlücken identifiziert, die mit gezielten Versuchen oder Simulationen geschlossen werden können. So entsteht eine fundierte Datenbasis, auf der Material- und Bauteilhersteller ihre Produkte auslegen und designen können.
Der DGM-Nachwuchspreis ist ein Preis der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde e.V. Er wird maximal vier Mal im Jahr verliehen an Forscherinnen und Forscher der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, deren Promotion nicht länger als zwei Jahre zurückliegt.
Dr. Johannes J. Möller l Telefon +49 761 5142-281 l johannes.moeller@iwm.fraunhofer.de
Dr. Daniel Urban l Telefon +49 761 5142-378 l daniel.urban@iwm.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg l www.iwm.fraunhofer.de
Atomare Rissspitzenspannungsverteilungen um kleine quasi-2D Risse.
Source: Dr. Johannes J. Möller
Criteria of this press release:
Journalists
Materials sciences
transregional, national
Contests / awards
German
Atomare Rissspitzenspannungsverteilungen um kleine quasi-2D Risse.
Source: Dr. Johannes J. Möller
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