Flugzeugdüsen oder Teile von Motoren müssen extremen Belastungen standhalten. Legierungen mit den entsprechenden Materialeigenschaften können mithilfe eines neuen Verfahrens systematisch am Computer entwickelt werden. Das zeigen Gisli Johannesson und seine Kollegen von der Technical University of Denmark, Lyngby, nun in den Physical Review Letters (Ausg. 88, Nr. 255506). Sie wollen damit neue temperatur- und korrosionsbeständige Materialien finden.
Die Forscher berechneten über die so genannte Dichtefunktionaltheorie, welche Metallgemische stabil sind. Diese Theorie beschreibt die Wechselwirkungen in mehratomigen Systemen quantenmechanisch. In ihren Simulationen gingen die Wissenschaftler von 34 verschiedenen Ausgangsmetalle aus, von denen der Rechner bis zu vier miteinander kombinierte. Die ergab immerhin 192.016 Legierungen. Um diese Zahl einzuschränken, wählten die Wissenschaftler einen evolutionären Algorithmus: Sie verwendeten die vielversprechendsten Legierungen eines Berechnungsschritts, um aus ihnen neue Metallmischungen zu berechnen. Indem sie diesen Prozess mehrfach wiederholten, grenzten sie die Zahl der Verbindungen ein. So ermittelten sie bekannte Superlegierungen, die bereits empirisch entdeckt wurden und im Einsatz sind, sowie neue Gemische, deren Untersuchung Erfolg verspricht.
Das Verfahren kann die Zahl der Experimente verringern, die bisher nötig war, um neue Materialien zu entwickeln, erläutern die dänischen Wissenschaftler in der Online-Ausgabe von “Nature”. Passende Legierungen rein experimentell zu finden, ist zeitraubend und entmutigend. Selbst wenn die Legierung nur aus zwei Komponenten besteht, gibt es zu viele Varianten, um jede einzeln zu testen, da die Metallanteile beliebig gewählt werden können.
Barbara Witthuhn
