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"Verzerrungstransfer" von dem SiGe auf die Si-Deckschicht werden analytisch abgeleitet. Drei
verschiedene Bereiche für die maximale erreichbare Zugdehnung je nach Dicke der Si-Schicht
werden identifiziert. Die theoretischen Ergebnisse sind in sehr guter Übereinstimmung mit
vorhandenen Versuchsdaten.
Die kontrollierte Entwicklung von Oberflächenstrukturen unter Wachstumsbedingungen, z.B. in der
Flüssigphasenepitaxie, ist abhängig von unserem Verständnis der beteiligten hydrodynamischen
Strömungen. Wir haben eine Rechenmethode basierend auf Phasenfeld-Konzepten konstruiert, die
Filmströmungsprozesse mit verschiedenen Komplikationen wie dem Marangoni-Effekt oder reaktiven
Bestandteilen und Phasenübergängen handhaben kann. Ein detaillierter quantitativer Vergleich mit
kommerziellen Programmen und Experimenten hat die Effizienz dieser Methode überzeugend
bewiesen. Das Programm kann für diverse andere Anwendungen z.B. im Ingenieurbereich nützlich
sein. Dies wird zur Zeit diskutiert.
Grenzflächenmikromechanik
Rissbildung und Bruch sind faszinierende irreversible Phänomene, die in unserem täglichen Leben
eine wichtige Rolle spielen, aber andererseits schlecht verstanden sind. Eine einfache Theorie wurde
entwickelt, um das Verhalten von sich ausbreitenden Rissen in viskoelastischen Feststoffen
vorherzusagen. Die Wirkung ungleichmäßiger Temperaturverteilung nahe der Rissspitze ist in die
Theorie einbezogen, und die Rissausbreitungsenergie wird in Abhängigkeit von der
Rissgeschwindigkeit berechnet. Es wird gezeigt, dass der Temperaturanstieg an der Rissspitze einen
außerordentlich großen Einfluss auf die zur Rissbewegung erforderliche Energie pro Flächeneinheit
G(v) hat. Verschiedene Szenarien werden gezeigt, der "langsame" Bereich, der "Heissriss"-Bereich,
der "Kaltriss"-Bereich und der Übergangsbereich. Die G(v)-Funktion weist ein nicht monotones
Verhalten auf, was erklären kann, weshalb Risse zuweilen ein unstabiles Verhalten aufweisen, z.B.
Haft-Gleit-Bewegung oder katastrophales Versagen, wie in einigen Experimenten beobachtet.
Ab-initio-Berechnungen elastischer und thermischer Eigenschaften
Reale 'Arbeitslegierungen' bestehen aus einem verwirrenden Konglomerat von Teilchen (Körnern), die
herstellungsbedingt sind. Die Eigenschaften von Legierungen hängen maßgeblich von dieser
Mikrostruktur ab. Ab-initio-Berechnungen können daher nicht direkt auf Arbeitslegierungen angewandt
werden, sondern müssen in Verbindung mit metallurgischen Modellen benutzt werden, die die
Gesamteigenschaften bezüglich des Verhaltens und der Wechselwirkung der Körner beschreiben. Zu
den wichtigsten Phänomenen, die das Verhalten von Legierungen beeinflussen, zählt die Festigkeit
der Korngrenzen, und wie diese von Verunreinigungen beeinflusst wird. Mit Hilfe von ab-initio-
Berechnungen ist es möglich zu bestimmen, ob Verunreinigungen zu Korngrenzen oder freien
Oberflächen wandern oder im Innern eines Korns verbleiben, und man kann feststellen, ob die
Korngrenze durch die Verunreinigung geschwächt, gestärkt oder nicht beeinflusst wird. Die
Untersuchung einer Ni-Basis-Legierung in Bezug auf verschiedene Fremdatome und eine typische
Korngrenze ergab eine Rangfolge der jeweiligen Tendenzen zur Versprödung oder Verfestigung der
Korngrenze. Helium zeigte den stärksten Versprödungseffekt, während Bor der wirksamste
Verfestiger war.
Ungeordnete Systeme wie z.B. Gläser werfen sehr interessante Probleme auf. Eine dieser Fragen
betrifft die Art des Diffusionstransports innerhalb des glasartigen Materials, verglichen beispielsweise
mit der Diffusion im flüssigen oder festen Zustand. Mit Molekular-Dynamik-Simulationen einer Kupfer-
Zirkonlegierung haben wir gezeigt, dass Diffusion durch Atomsprünge sowohl in der unterkühlten
Flüssigkeit als auch im Glas erfolgt. Die Verteilung atomarer Sprungweiten kann durch eine
temperaturunabhängige Exponentialfunktion der Länge und eine effektive Aktivierungsenergie
beschrieben werden. Solche Verteilungen stimmen mit der früheren Beobachtung kollektiver
Sprungprozesse überein, im Gegensatz zu dem die Diffusion in Kristallen dominierenden
Leerstellenmechanismus.
Flüssig-Flüssig-Phasenübergänge in Phosphor wurden über weite Temperatur- und Druckbereiche
mittels Monte-Carlo-Simulationen mit einem klassischen Kraftfeld auf der Basis von
Dichtefunktionalrechnungen für Phophor-Cluster untersucht. Die Ergebnisse (Temperaturabhängigkeit
des Strukturfaktors etc.) stimmen sehr gut mit vorhandenen Versuchsdaten (Neutronenbeugung)
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