Multiskalenmodellierung und Tribosimulation

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

© Fraunhofer IWM

Durch skalenübergreifende numerische Simulation statischer und dynamischer Eigenschaften von Werkstoffsystemen setzen wir makroskopische Material-, Bauteil- und Prozesseigenschaften mit Mechanismen auf der Mikroskala in Beziehung. Dieser Zugang, der die Brücke zwischen Quantentheorie, Atomistik, Mesoskopik und Kontinuum schlägt, ermöglicht eine grundlegende Optimierung industrieller Materialsyntheserouten und Prozessführungen. Wichtige Anwendungsfelder sind Reib- und Verschleißreduktion in Tribosystemen, sowie das wissensbasierte Design von Nanomaterialien und Suspensionen.

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SimPARTIX® ist ein innovatives und leistungsstarkes Simulationstool, mit dem die Dynamik von granularen Werkstoffen und komplexen Flüssigkeiten auf Partikelbasis beschrieben wird:www.simpartix.com

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Leistungen

  • Numerische Simulation als »numerische Lupe« zur Identifikation nano- und mikroskaliger Designregeln
  • Gezielte Methoden- und Algorithmenentwicklung für die Multiskalenprobleme unserer Partner
  • Wissensbasierte Reduktion von Versuchs-Irrtums-Schleifen bei der Produktentwicklung
  • Modellierung tribologischer Systeme mit dem Ziel der Reibungs- und Verschleißminderung
  • Mechanismenorientierte Simulation diverser Beschichtungsprozesse
  • Mesopartikelbeschreibung granularer und fluidischer Prozesse in komplexen Fluiden (beispielsweise Suspensionen)
  • Ausschöpfen des inhärenten Potentials der Nanotechnologie durch Vorhersage neuer Größeneffekte

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Beispiele

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Multiskalenmodellierung

Die Kontinuumsbeschreibung von Prozessen und Werkstoffen benötigt verlässliche konstitutive Materialgleichungen um erfolgreich Material- und Bauteilverhalten vorhersagen zu können. In der Vergangenheit war meist nur eine empirische Formulierung dieser Konstitutivgesetze möglich. Inzwischen können diese jedoch mittels mesoskopischer, atomistischer und quantenmechanischer Modellierung auf die grundlegenden Mechanismen zurückgeführt und damit entscheidend verbessert werden. Die Skalenkopplung ermöglicht eine nahtlose Beschreibung von Werkstoffsystemen durch elektronische und atomistische Elementarprozesse, indem Informationen von der Nanoskala durch eine Simulationskette bis hin zur Makroskala durchgereicht werden.

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Nanotribologie

Die Komplexität von Reibungsphänomenen beruht auf ihrer inhärenten Multiskaligkeit. Das computergestützte Design von Tribokontakten deckt daher alle Skalen von der atomistischen Beschreibung des Kontaktes bis hin zur Elastohydrodynamik des Schmierspaltes ab. Quantenchemische Rechnungen beschreiben mögliche Reaktionen zwischen Grundschmierstoff, Additiven, Sauerstoff und den beteiligten Oberflächen. Molekulardynamische Simulationen liefern die Randbedingungen für kontinuumsmechanische Schmiermittelsimulationen. Molekulardynamische und mesodynamische Simulationen erhellen den Einfluss von Mikro- und Nanostrukturierung der Triboflächen auf das Reibungsverhalten und geben Designregeln für die Strukturierung vor. Die mesoskopische Modellierung der Dynamik nicht-newtonscher Schmierstoffe trägt zur Optimierung der Scherströmungen bei.

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Schichtwachstumsprozesse

Die optimale Auslegung von Beschichtungsprozessen wird immer noch durch die Notwendigkeit einer großen Anzahl von Vorversuchen erschwert. Die Simulation hilft hier das Prozessfenster drastisch einzuschränken indem sie die relevanten mikroskopischen Mechanismen identifiziert, die zu einer gewünschten Mikrostruktur oder Topographie führen.

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Partikelsimulation

Zur Simulation von Fertigungsprozessen mit Kornwerkstoffen, Flüssigkeiten oder Suspensionen werden partikelbasierte Simulationsmethoden eingesetzt und weiterentwickelt. Die Diskrete Elemente Methode (DEM) beschreibt die Morphologie, Wechselwirkung und Dynamik einzelner Körner. In Verbindung mit der Dissipativen Partikeldynamik (DPD) eignet sie sich zur Simulation von Suspensionen, wie sie beispielsweise als Abrasiv beim Drahtsägen von Siliziumwafern auftreten. Mithilfe von Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) lassen sich Fluide mit komplexer Rheologie beschreiben. Partikelbasierte Simulationsmethoden sind somit als Ergänzung zur kontinuumsmechanischen Prozess- und Bauteilsimulation mittels der Finite Elemente Methode (FEM) zu verstehen. Ihre Verwendung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der granulare oder fluidische Charakter eines Werkstoffs einen Prozess dominiert.
SimPARTIX ist ein innovatives und leistungsstarkes Simulationstool, mit dem die Dynamik von granularen Werkstoffen und komplexen Flüssigkeiten auf Partikelbasis beschrieben wird. Durch die Auswertung und hochaufgelöste 3D-Visualisierung der Simulationen erzielen wir vertiefte Einblicke in die Prozessdynamik.

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Nanomaterialien

Gewöhnlich nutzt man Skalenansätze in der Miniaturisierung von Bauteilen d.h. man vertraut darauf, dass die Physik, die in großen Systemen vorliegt, sich im Kleinen fortsetzt. Unterschreiten jedoch die Dimensionen eines Bauteils oder einer Struktureinheit eines Materials eine gewisse intrinsische Größe (beispielsweise die de-Broglie-Wellenlänge der Leitungselektronen), dann kann das Material völlig neue Eigenschaften aufweisen. Die Hoffnungen, die häufig in die Nanotechnologie gesetzt werden, beruhen darauf, dass diese Eigenschaften durch die Systemgröße gesteuert werden können. Hierbei sind theoretische Vorhersagen besonders wertvoll, da sie dazu beitragen, die teuren experimentellen Versuchs-Irrtums-Schleifen auf ein Minimum zu begrenzen. Die Anwendungen reichen von der Verstärkung von Leichtmetallen mit Kohlenstoffnanoröhrchen, über das Design von Nanokatalysatoren bis hin zum elektronischen Transport in Nanosystemen.

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Nanokatalysatoren

Die Suche nach optimalen katalytischen Systemen profitiert von einem fundamentalen Verständnis der Energetik und Sterik der angestrebten chemischen Reaktionen. Mit Dichtefunktionaltheorie können heute schon detaillierte Rechnungen heterogener Katalysatoren durchgeführt werden. Gerade Katalysatoren aus geträgerten Nanoclustern sind hier besonders interessant, da sie oft eine höhere katalytische Aktivität haben als die entsprechenden Systeme mit größeren aktiven Zentren.

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Nano- und Mikrofluidik

Mittels Molekulardynamik und Smoothed Particle Hydrodynamics kann das Fließen kleiner Flüssigkeitsmengen in Behältnissen sowie mit freien Oberflächen sehr wirklichkeitsnah simuliert werden. Nutznießer dieser Rechnungen sind Konstrukteure nano- und mikrofluidischer Bauteile, wie z.B. kapillare Pumpen, Injektionsdüsen und fluidische Weichen. Auch die Tribologie profitiert durch ein vertieftes Verständnis der Schmierstoffdynamik in engen Spalten.

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Li-Ionenbatterien

Moderne Batterietechnologie setzt zunehmend auf nanostrukturierte Materialien für die Kathode sowie die Anode. Hierbei ist es möglich die Transportprozesse zu den Oberflächen, die Interkalation von Lithium in die Materialien als auch mögliche chemische Degenerationsmechanismen des Elektrolyten an den Elektroden mittels atomistischer Methoden abzubilden. Hierdurch wird das Prozessverständnis unterstützt was wiederum zur Optimierung der beteiligten Materialien genutzt werden kann.

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Kohlenstoffnanoröhrchen

»Here we have what is almost certainly the strongest, stiffest, toughest molecule that can ever be produced, the best possible molecular conductor of both heat and electricity.« (R.E. Smalley)
Ihre herausragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften, wie im Zitat von  Nobelpreisträger Richard E. Smalley beschrieben, verheißen Kohlenstoffnanoröhrchen (engl. Carbon nanotubes - CNT) eine äußerst vielversprechende Zukunft für Anwendungen im Elektronikbereich sowie als Kandidaten zur gezielten Verbesserung von Materialeigenschaften hybrider CNT-Systeme. Simulationsmethoden von der Dichtefunktionaltheorie bis hin zur Molekulardynamik liefern hierbei wichtige Ergebnisse über die intrinsischen CNT-Eigenschaften. Vor allem aber führen sie zu einem Verständnis der Wechselwirkung von CNT mit externen Systemen in anwendungsrelevanten Situationen.

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Lehre

Prof. Dr. Michael Moseler, Universität Freiburg

  • SS 2012 – Computational material science
  • WS 2010/2011 – Computational material science
  • WS 2009/2010 – Theory of atomi clusters: concepts and computation / Theorie der atomaren Cluster: Konzepte und computergestützte Modellierung
  • SS 2010 – Elektronische Struktur der Materie
  • SS 2009 – Computergestützte Materialphysik II: Multiskalenmodellierung
  • WS 2008/2009 – Computergestützte Materialphysik I: Dichtefunktionaltheorie
  • WS 2007/2008 – Introduction to the theory of atomic clusters: concepts and computations
  • SS 2007 – Einführung in die Multiskalenmaterialmodellierung
  • WS 2006/2007 – Introduction to density functional theory
  • SS 2006 – Surface growth: from toy models via continuum growth equations to fractal theories
  • WS 2005/2006 – Introduction to Multiscale Modelling of Materials
  • SS 2005 – Clusters on the computer
  • WS 2004/2005 – Computergestützte Materialphysik
  • SS 2004 – Fortran 90: Eine Einführung mit physikalischen Beispielen
  • WS 2003/2004 – Dichtefunktionaltheorie: eine Einführung mit Computerexperimenten
  • SS 2003 – Computergestützte Materialphysik

  

Sommerschulen, Prof. Dr. Michael Moseler

  • Freiburger Physiktage 2009 – Multiscale Modeling,
  • Lappeenranta, Finland. 12th-16th June 2007 – Serial Multiscale coupling schemes, COST Summerschool on multiscale materials modelling
  • 15th Jyväskylä Summerschool, 18th - 26th Aug 2005 – Multiscale Modelling of Nanomaterials,

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Publikationen

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Liste der Veröffentlichungen der Gruppe Multiskalenmodellierung und Tribosimulation:

2015

  • Carraro, G.; Maccato, C.; Gasparotto, A.; Barreca, D.; Walter, M.; Mayrhofer, L.; Moseler, M.; Venzo, A.; Seraglia, R.; Marega, C.; An old workhorse for new applications: Fe(dpm)3 as a precursor for low-temperature PECVD of iron(III) oxide; Physical Chemistry Chemical Physics PCCP 17 (2015) 11174-11181 Abstract
  • De Barros Bouchet, M. I.; Matta, C.; Vacher, B.; Le-Mogne, Th.; Martin, J. M.; von Lautz, J. C.; Ma, T.; Pastewka, L.; Otschik, J.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Energy filtering transmission electron microscopy and atomistic simulations of tribo-induced hybridization change of nanocrystalline diamond coating Carbon 87 (2015) 317-329 Abstract
  • Lagger, H.; Breinlinger, T.; Di Renzo, A.; Di Maio, F. P.; Korvink, J.; Moseler, M.; Bierwisch, C.; Influence of hydrodynamic drag model on shear stress in the simulation of magnetorheological fluids; Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 218 (2015) 16-26 Abstract
  • Lepcha, A.; Maccato, C.; Mettenbörger, A.; Andreu, T.; Mayrhofer, L.; Walter, M.; Olthof, S.; Ruoko, T.-P.; Klein, A.; Moseler, M.; Meerholz, K.; Morante, J. R.; Barreca, D.; Mathur, S.; Electrospun black titania nanofibers: Influence of hydrogen plasma-induced disorder on the electronic structure and photoelectrochemical performance; The Journal of Physical Chemistry C 119/33 (2015) 18835−18842 Abstract
  • Li, K.; Amann, T.; List, M.; Walter, M.; Moseler, M.; Kailer, A.; Rühe, J.; Ultralow friction of steel surfaces using a 1,3-diketone lubricant in the thin film lubrication regime; Langmuir 31/40 (2015) 11033–11039 Abstract
  • Peguiron, A.; Colombi Ciacchi, L. ; De Vita, A.; Kermode, J. R.; Moras, G.; Accuracy of buffered-force QM/MM simulations of silica; The Journal of Chemical Physics 142/6 (2015) 064116 1-12 Volltext
  • Stoyanov, P.; Merz, R.; Romero, P.; Wählisch, F. C.; Torrents Abad, O.; Gralla, R.; Stemmer, P.; Kopnarski, M.; Moseler, M.; Bennewitz, R.; Dienwiebel, M.; Surface softening in metal-ceramic sliding contacts: an experimental and numerical investigation ACS Nano 9/2 (2015) 1478–1491 Abstract
  • Würdemann, R.; Kristoffersen, H. H.; Moseler, M.; Walter, M.; Density functional theory and chromium: Insights from the dimers; The Journal of Chemical Physics 142/12 (2015) 124316 1-9 Abstract

2014

  • Beckmann, N.; Romero, P. A.; Linsler, D.; Dienwiebel, M.; Stolz, U.; Moseler, M.; Gumbsch, P.; Origins of folding instabilities on polycrystalline metal surfaces Physical Review Applied 2/6 (2014) 064004 1-7 Abstract
  • Hoffmann, M. W. G.; Prades, J. D.; Mayrhofer, L.; Hernandez-Ramirez, F.; Jarvi, T. T.; Moseler, M.; Waag, A.; Shen, H.; Highly selective SAM-nanowire hybrid NO2 sensor: insight into charge transfer dynamics and alignment of frontier molecular orbitals; Advanced Functional Materials 24 (2014) 595-602 Abstract
  • Hoffmann, M. W. G.; Mayrhofer, L.; Casals, O.; Caccamo, L.; Hernandez-Ramirez, F.; Lilienkamp, G.; Daum, W.; Moseler, M.; Waag, A.; Shen, H.; Prades, J. D.; A highly selective and self-powered gas sensor via organic surface functionalization of p-Si/n-ZnO diodes; Advanced Materials 26/47 (2014) 8017-8022 Abstract
  • Hassan, M.; Walter, M.; Moseler, M.; Interactions of polymers with reduced graphene oxide: van der Waals binding energies of benzene on graphene with defects; Physical Chemistry Chemical Physics PCCP 16 (2014) 33-37 Abstract
  • Held, A.; Walter, M.; Simplified continuum solvent model with a smooth cavity based on volumetric data; The Journal of Chemical Physics 141 (2014) 174108 1-13 Abstract
  • Kauzlarić, D.; Dynowski, M.; Pastewka, L.; Greiner, A.; Korvink, J. G.; Sympler: Symbolic particle simulator with grid-computing interface; Computer Physics Communications 185 (2014) 1085-1099 Abstract
  • Klemenz, A.; Pastewka, L.; Balakrishna, S. G.; Caron, A.; Bennewitz, R.; Moseler, M.; Atomic scale mechanisms of friction reduction and wear protection by graphene; NANO Letters 14 (2014) 7145–7152 Abstract
  • Kunze, T.; Posselt, M.; Gemming, S.; Seifert, G.; Konicek, A.; Carpick, R.; Pastewka, L.; Moseler, M.; Wear, plasticity, and rehybridization in tetrahedral amorphous carbon; Tribology Letters 53 (2014) 119-126 Abstract
  • Lagger, H.; Bierwisch, C.; Korvink. J. G.; Moseler, M.; Discrete element study of viscous flow in magnetorheological fluids; Rheologica Acta 53 (2014) 417-443 Abstract
  • Mettenbörger, A.; Singh, T.; Singh, A. P.; Järvi, T. T.; Moseler, M.; Valldor, M.; Mathur, S.; Plasma-chemical reduction of iron oxide photoanodes for efficient solar hydrogen production; International Journal of Hydrogen Energy 39 (2014) 4828-4835 Abstract
  • Pastewka, L.; Robbins, M. O.; Contact between rough surfaces and a criterion for macroscopic adhesion; PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (2014) 3298–3303 Abstract
  • Romero, A. P.; Pastewka, L.; von Lautz, J.; Moseler, M.; Surface passivation and boundary lubrication of self-mated tetrahedral amorphous carbon asperities under extreme tribological conditions; Friction 2/2 (2014) 193–208 Abstract
  • Stoyanov, P.; Romero, P. A.; Merz, R.; Kopnarski, M.; Stricker, M.; Stemmer, P.; Dienwiebel, M.; Moseler, M.; Nanoscale sliding friction phenomena at the interface of diamond-like carbon and tungsten; Acta Materialia 67 (2014) 395-408 Abstract

2013

  • Bercioux, D.; Mayrhofer, L.; Pseudo-spin filter in metallic single-walled carbon nanotubes; in Proc. of 7th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems IEEE-NEMS 2012; Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE, Washington D.C., USA (2013) 294-297 Abstract
  • Borchers, K.; Bierwisch, C.; Engelhardt, S.; Graf, C.; Hoch, E.; Jaeger, R.; Kluger, P.; Krüger, H.; Meyer,W.; Novosel, E.; Refle, O.; Schuh, C.; Seiler, N.; Tovar, G.; Wegener, M.; Ziegler, T.;Biocompatible elastomers for 3D biomaterials by additive manufacturing; European Cells and Materials 26 (2013) 1 Abstract
  • Held, A.; Moseler, M.; Walter, M.; Charging properties of gold-clusters in different environments, Physical Review B 87/4 (2013) 045411 1-11 Abstract
  • Järvi, T.; Mayrhofer, L.; Polvi, J.; Nordlund, K.; Pastewka, L.; Moseler, M.; Adaptive molecular decomposition: Large-scale quantum chemistry for liquids, The Journal of chemical physics 138/10 (2013) 1-10 Volltext
  • Kaib, T.; Bron, P.; Haddadpour, S.; Mayrhofer, L.; Pastewka, L.; Jaervi, T.T.; Moseler, M.; Roling, B.; Dehnen, S.; Lithium chalcogenidotetrelates: LiChT – synthesis and characterization of new lithium ion conducting li/sn/se compounds, Chemistry of Materials 25/15 (2013) 2961-2969 Abstract
  • Kaib, T.; Haddadpour, S.; Andersen, H. F.; Mayrhofer, L.; Järvi; T. T.; Moseler, M.; Möller, K. C.; Dehnen, S.; Quaternary diamond-like chalcogenidometalate networks as efficient anode material in lithium-ion batteries; Advanced Functional Materials 23 (2013) 5693-5699 Abstract
  • Klemenz, A.; Pastewka, L.; Caron, A.; Ganeshamurty, B.; Bennewitz, R.; Moseler; M.; Wear of supported grapheme, in Proc. of 5th World Tribology Congress WTC 2013; Raparelli, T.; Gola, M. (Eds.); (2013) digital Abstract
  • Lin, Y.; Xie, D.; Massa, W.; Mayrhofer, L.; Lippert, S.; Ewers, B.; Chernikov, A.; Koch, M.; Dehnen, S.; Changes in the structural dimensionality of selenidostannates in ionic liquids: formation, structures, stability, and hotoconductivity; Chemistry – A European Journal 19/17 (2013) 8806-8813 Abstract
  • Lyashenko, I. A.; Pastewka, L.; Persson, B. N. J.; Comment on “Friction Between a Viscoelastic Body and a Rigid Surface with Random Self-Affine Roughness”; Physical Review Letters 111 (2013) 189401-1 Abstract
  • Lyashenko, I. A.; Pastewka, L.; Persson, B. N. J.; On the validity of the method of reduction of dimensionality: area of contact and average interfacial separation and contact stiffness; Tribology Letters 52 (2013) 223-229 Abstract
  • Moras, G.; Pastewka, L.; Mulakaluri, N.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Atomistic simulations of tribochemical reactions at carbon surfaces; in Proc. of 5th World Tribology Congress WTC 2013; Raparelli, T.; Gola, M.; (Eds.); (2013) digital Abstract
  • Pastewka, L.; Klemenz, A.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Screened empirical bond-order potentials for Si-C, Physical Review B 87/20 (2013) 205410-205422; 21/2013; Volltext
  • Pastewka, L.; Malola, S.; Moseler, M.; Koskinen, P.; Li+ adsorption at prismatic graphite surfaces enhances interlayer cohesion; Journal of Power Sources 239 (2013) 321-325; 19/2013; Volltext
  • Pastewka, L.; Prodanov, N.; Lorenz, B.; Müser, M.; Robbins, M.O.; Persson, B.N.J.; Finite-size scaling in the interfacial stiffness of rough elastic contacts; Physical Review E 87/6 (2013) 062809-062818 Abstract
  • Romero, P.A.; Järvi, T.; Beckmann, N.; Moseler, M.; Coarsened third body grains alleviate sliding between pure nanocrystalline surfaces; in Proc. of 5th World Tribology Congress WTC 2013; Raparelli, T.; Gola, M. (Eds.); (2013) digital Abstract
  • Stoyanov, P.; Romero, P.; Jaervi, T.T.; Pastewka, L.; Scherge, M.; Stemmer, P.; Fischer, A.; Dienwiebel, M.; Moseler, M.; Experimental and numerical atomistic investigation of the third body formation process in dry tungsten/tungsten-carbide tribo couples; Tribology Letters 50/1 (2013) 67-80 Abstract
  • Stoyanov, P.; Stemmer, P.; Jaervi, T.T.; Merz, R.; Romero, P.R.; Scherge, M.; Kopnarski, M.; Moseler, M.; Fischer, A.; Dienwiebel, M.; Friction and wear mechanisms of tungsten – carbon systems: a comparison of dry and lubricated conditions; ACS Applied Material Interfaces 5/13 (2013) 6123-6135 Abstract
  • von Lautz, J.; Pastewka, L.; Moseler, M.; A mesoscopic model for the wear in tetrahedral amorphous carbon under shear; in Proc. of 5th World Tribology Congress WTC 2013; Raparelli, T.; Gola, M. (Eds.); (2013) digital Abstract
  • Walter, M.; Amann, T.; Li, K.; Kailer, A.; Rühe, J.; Moseler, M.; 1,3-Diketone fluids and their complexes with iron; Journal of Physical Chemistry A 117/16 (2013) 3369-3376 Abstract

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2012

  • Butenuth, A.; Moras, G.; Schneider, J.; Koleini, M.; Koppen, S.; Meissner, R.; Wright, L. B.; Walsh, T. R.; Ciacchi, C.L.; Ab initio derived force-field parameters for molecular dynamics simulations of deprotonated amorphous-SiO2/water interfaces, Physica Status Solidi B 249 (2012) 292-305 Volltext
  • Grönhagen, N.; Järvi, T.; Miroslawski, N.; Hövel, H.; Moseler, M.; Decay kinetics of cluster-beam-deposited metal particles, Journal of Physical Chemistry C 116 (2012) 19327-19334 Abstract
  • Järvi, T.; Nordlund, K.; Sputtering of freestanding metal nanocrystals, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, in Proc. of the 17th International Conference on Ion Beam Modification of Materials 272 (2012) 66-69 Volltext
  • Moras, G.; Pastewka, L.; Walter, M.; Schnagl, J.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Progressive shortening of sp-hybridized carbon chains through oxygen-induced cleavage, Journal of Physical Chemistry C 115 (2011) 24653-24661 Abstract
  • Moseler, M.; Walter, M.; Oxidation of magnesia-supported Pd30 nanoclusters and catalyzed CO combustion: size-selected experiments and first-principles theory, Journal of Physical Chemistry C 116 (2012) 9594-9607 Abstract
  • Moseler, M.; Walter, M.; Yoon, B.; Landman, U.; Habibpour, V.; Harding, C.; Kunz, S.; Heiz, U.; Oxidation state and symmetry of magnesia-supported Pd13Ox nanocatalysts influence activation barriers of CO oxidation, Journal of the American Chemical Society 134 (2012) 7690-7699 Abstract
  • Pastewka, L.; Mrovec, M.; Moseler, M.; Gumbsch, P.; Bond order potentials for fracture, wear, and plasticity, MRS Bulletin 37/5 (2012), 493-503; Volltext
  • Pastewka, L.; Sharp, T.A.; Robbins, M.O.; Seamless elastic boundaries for atomistic calculations, Physical Review B 86 (2012) 075459 1-12 Abstract
  • Polvi, J.; Luukkonen, P.; Nordlund, K.; Järvi, T.; Kemper, T.; Sinnott, S.; Primary radiation defect production in polyethylene and cellulose, Journal of Physical Chemistry B 116/47 (2012) 13932-13938 Abstract

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2011

  • Costelle, L.; Järvi, T.; Räisänen, M.; Tuboltsev, V.; Binding of deposited gold clusters to thiol self-assembled monolayers on Au surfaces, Applied Physics Letters 98/4 (2011) 043107 1-3 Abstract
  • Gosvami, N.; Feldmann, M.; Peguiron, J.; Moseler, M.; Schirmeisen, A.; Bennewitz, R.; Ageing of a microscopic sliding gold contact at low temperatures, Physical Review Letters 107 (2011) 144303 1-5 Abstract
  • Järvi, T. T.; Duin, van A. C.; Nordlund, K.; Goddard, W. A. III; Development of interatomic reaxFF potentials for Au-S-C-H systems, The Journal of Physical Chemistry A 115/37 (2011) 10315-10322 Abstract
  • Järvi, T. T.; Pastewka, L.; Mayrhofer, L.; Moseler, M.; Charge-transfer model for carbonaceous electrodes in polar environments, Physical Review B 83/16 (2011) 165418 1-6 Abstract
  • Kauzlaric, D.; Pastewka, L.; Meyer, H.; Heldele, R.; Schulz, M.; Weber, O.; Piotter, V.; Hausselt, J.; Greiner, A.; Korvink, J.G.; Smoothed particle hydrodynamics simulation of shear-induced powder migration in injection moulding, Philosophical transactions of the Royal Society A, Mathematical, physical, and engineering sciences 369/1944 (2011) 2320-2328 Abstract
  • Kit, O. O.; Pastewka, L.; Koskinen, P.; Revised periodic boundary conditions: Fundamentals, electrostatics, and the tight-binding approximation, Physical Review B 84 (2011) 155431 1-16 Abstract
  • Mayrhofer, L.; Bercioux, D.; Pseudospin-dependent scattering in carbon nanotubes, Physical Review B 84 (2011) 115126 1-5 Abstract
  • Moras, G.; Pastewka, L.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Formation and oxidation of linear carbon chains and their role in the wear of carbon materials, Tribology Letters 44 (2011) 355-365; Volltext
  • Moseler, M.; Cervantes-Sodi, F.; Hofmann, S.; Csanyi, G.; Ferrari, A.; Dynamic catalyst restructuring during carbon nanotube growth, ACS Nano 4/12 (2010) 7587-7595 Abstract
  • Moseler, M.; Cervantes-Sodi, F.; Klemenz, A.; Hofmann, S.; Csanyi, G.; Ferrari, A.; Reply to »Comment on dynamic catalyst restructuring during carbon nanotube growth«, ACS NANO 5/2 (2011) 686-687 Abstract
  • Pastewka, L.; Moser, S.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Anisotropic mechanical amorphization drives wear in diamond, Nature Materials 10/1 (2011) 34-38 Abstract
  • Walter, M.; Moseler, M.; Whetten R. L.; Häkkinen, H.; A 58-electron superatom-complex model for the magic phosphineprotected gold clusters (Schmid-gold, nanogold) of 1.4-nm dimension, Chemical Science 8 (2011) 1583-1587 Abstract

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2009-2010

  • Duffe S.; Grönhagen, N.; Patryarcha, L.; Sieben, B.; Yin, C.; von Issendorff, B.; Moseler, M.; Hövel, H.; Penetration of thin C60 films by metal nanoparticles, Nature Nanotechnology 5 (2010) 335-339 Abstract
  • Koller, S.; Mayrhofer, L; Grifoni, M.; Spin-dependent transport through interacting graphene armchair nanoribbons, New Journal of Physics 12/3 (2010) 033038 1-35 Abstract
  • Moras, G.; Choudhury, R.; Kermode, J. R.; Csányi, G.; Payne, M. C.; De Vita, A.; Hybrid quantum/classical modeling of material systems: the »learn on the fly« molecular dynamics scheme, in Trends in Computational Nanomechanics: Transcending Length and Time Scales, Dumictrica, T. (Ed.), Springer Netherlands Dordrecht (2010) 1-23 Abstract
  • Pastewka, L.; Peguiron, J.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Molecular dynamics simulation of gold solid film lubrication, International Journal of Materials Research 101/8 (2010) 981-988 Abstract
  • Pastewka, L.; Moser, S.; Moseler, M.; Atomistic insights into the running-in, lubrication, and failure of hydrogenated diamond-like carbon coatings Tribology Letters 39/1 (2010) 49-61 Abstract
  • Walter, M.; Moseler, M.; How to observe the oxidation of magnesia supported Pd clusters by scanning tunneling microscopy, Physica status solidi (b) – basic solid state physics 247/5 (2010) 1016-1022 Abstract
  • Walter, M.; Moseler, M.; Determination of structure and electronic properties of free, supported and ligand protected metal clusters by density functional theory, in Schriften des Forschungszentrums Jülich NIC Symposium 2010, IAS Series, Forschungszentrum Jülich, Jülich (2010) 199-206 Abstract
  • Hormann, C.; Meier, S.; Moseler, M.; The importance of non-local shadowing for the topography evolution of a-C:H films grown by toluene based plasma enhanced chemical vapor deposition, The European physical journal, Condensed matter physics 69/2 (2009) 187-194 Volltext
  • Huber, B.; Moseler, M.; Kostko, O.; von Issendorff, B.; Structural evolution of the sodium cluster anions Na-20(-)-Na-57(-), Physical Review B 80/23 (2009) 235425 1-6 Abstract
  • Koller, S.; Mayrhofer, L.; Grifoni, M.; Graphene armchair nanoribbon single-electron transistors: the peculiar influence of end states, Europhysics Letters 85/5 (2009) 57001 Abstract
  • Pastewka, L.; Salzer, R.; Graff, A.; Altmann, F.; Moseler, M.; Surface amorphization of silicon during Ga+ focused-ion beam milling, Nuclear Instruments & methods in physics research, in Proc. of 9th International Conference on Computer Simulation of Radiation Effects in Solids, 267/18 (2009) 3072-3075 Volltext
  • Pastewka; L.; Koskinen, P.; Elsässer, C.; Moseler, M.; Understanding the microscopic processes that govern the charge-induced deformation of carbon nanotubes, Physical Review B, 80 (2009) 155428/1-15; Volltext
  • Pastewka, L.; Pou, P.; Perez, R.; Gumbsch, P.; Moseler, M.; Describing bond-breaking processes by reactive potentials: the importance of an environment-dependent interaction range, Physical Review B, 78/16, 161402 (2008) M81/2008; Volltext
  • Wonisch, A.; Kraft, T.; Moseler, M.; Riedel, H.; Effect of different particle size distributions on solid-state sintering, Journal of the American Ceramic Society 92/7 (2009); 1428-1434 Abstract

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2006-2007

  • Duffe, S.; Irawan, T.; Bieletzki, M.; Richter, T.; Sieben, B.; Yin, C.; von Issendorf, B.; Moseler, M.; Hövel, H.; Softlanding and STM imaging of Ag561 clusters on a C60 mono-layer, The European Physical Journal 45/3 (2007) 401-408 Abstract
  • Henrich, B.; Wonisch, A.; Kraft, T.; Moseler, M.; Riedel, H.; Discrete Element Simulations on the Influence of Rearrangement during Sintering, Acta Materialia 55, 753 (2007) Abstract
  • Henrich, B.; Cupelli, C.; Moseler, M.; Santer, M.; An adhesive DPD wall model for dynamic wetting, Europhys. Lett. 80, 60004 (2007) Abstract
  • Huber, B.; Moseler, M.; Predicting experimental signatures for the oxidation of magnesia supported palladium clusters by density functional theory, The European Physical Journal 45/3 (2007) 485-489 Abstract
  • Koskinen, P.; Häkkinen, H.; Huber, B.; v. Issendorff, B.; Moseler, M.; Liquid-Liquid Phase Coexistence in Gold Clusters: 2D or not 2D? Physical Review Letters 98, 015701 (2007) Volltext
  • Kostko, O.; Huber, B.; Moseler, M.; v. Issendorff, B.; Structure of medium sized sodium clusters, Physical Review Letters 98, 043401 (2007) Volltext
  • Kostko, O.; Huber, B.; Moseler, M.; von Issendorff, B.; Structure determination of medium-sized sodium clusters, Physical Review Letters 98, 043401 (2007) 1-4; Volltext
  • Mrovec, M.; Moseler, M.; Elsässer, C.; Gumbsch, P.; Atomistic modeling of hydrocarbon systems using analytic bond-order potentials, Progress in Materials Science 52, 131 (2007) Volltext
  • Wonisch, A.; Guillon, O.; Kraft, T.; Moseler, M.; Riedel, H.; Rödel, J.; Stress-induced anisotropy of sintering alumina: Discrete element modelling and experiments, Acta Materialia 55, 5187 (2007) Abstract
  • Yoon, B.; Koskinen, P.; Huber, B.; Kostko, O.; von Issendorff, B.; Häkkinen, H.; Moseler, M.; Landman, U.; Size-dependent Structural Evolution and Chemical Reac-tivity of Gold Clusters, Chem. Phys. Chem. 8/1 (2007) 157-161 Abstract
  • Bitzek, E.; Koskinen, P.; Gähler, F.; Moseler, M.; Gumbsch, P.; Structural Relaxation Made Simple, Physical Review letters 97/17 (2006) Abstract
  • Häkkinen, H.; Moseler, M.; 55-atom clusters of silver and gold: Symmetry breaking by relativistic effects, in Proc. of 4th International Conference, Computational materials science 35/6 (2006) 332-336; Volltext
  • Huber, B.; Koskinen, P.; Häkkinen, H.; Moseler, M.; Oxidation of magnesia-supported Pd-clusters leads to the ultimate limit of epitaxy with a catalytic function, Nature Materials 5/1 (2006) 44-47 Abstract
  • Huber, B.; Häkkinen, H.; Landman, U.; Moseler, M.; Oxidation of gas phase Pd clusters: a density functional study, in Proc. of 4th International Conference, Computational materials science 35, (2006) 371-374 Abstract
  • Koskinen, P.; Häkkinen, H.; Sanna, S.; Frauenheim, T.; Seifert, G.; Moseler, M.; Density-functional based tight-binding study of small gold clusters, New Journal of Physical, online Journal 8, 9 (2006) 11; Volltext
  • Mundt, M.; Kummel, S.; Huber, B.; Moseler, M.; Relating photoelectron spectra to Kohn-Sham eigenvalues for sodium clusters, Physical Review B 73, 205407 (2006)

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2000-2005

  • Moseler, M.; Gumbsch, P.; Casiraghi, C.; Ferrari, A.; Robertson, J.; The ultras-moothness of diamond-like carbon surfaces, Science 309/5740 (2005) 1545-1548 Abstract
  • Moseler, M.; Riedel, H.; Gumbsch, P.; Stäring, J.; Mehlig, B.; Understanding the phase transition from fullerite to amorphous carbon at the microscopic level, Phys. Rev. Lett. 94, 165503 (2005) Abstract
  • Häkkinen, H.; Moseler, M.; Kostko, O.; Morgner, N.; Astruc Hoffmann, M.; v. Issendorff, B.; Symmetry and electronic structure of noble-metal nanoparticles and the role of relativity, Physical Review Letter 93, 093401 (2004) Abstract
  • Moseler, M.; Huber, B.; Häkkinen, H.; Landman, U.; Wrigge, G.; Astruc Hoffmann, M.; v. Issendorff, B.; Thermal effects in the photoelectron spectra of NaN - clusters (N=4-19),Physical Review B 68/16 (2003) 6 Abstract
  • Häkkinen, H.; Moseler, M.; Landman, U.; Bonding in Cu, Ag and Au clusters: Relativistic effects, trends and surprises, Physical Review Letter 89, 033401 (2002)
  • Moseler, M.; Häkkinen, H.; Landman, U.; Supported magnetic nanoclusters: Softlanding of Pd clusters on a MgO surface, Physical Review Letter 89, 176103 (2002)
  • Santer, M.; Mehlig, B.; Moseler, M.; Optical response of two-dimensional electron fluids beyond the Kohn regime: Strong nonparabolic confinement and intense laser light, Physical Review Letter 89, 286801 (2002)
  • Moseler, M.; Häkkinen, H.; Barnett, R. N.; Landman, U.; Structure and magnetism of neutral and anionic palladium clusters, Physical Review Letter 86, 2545 (2001)
  • Moseler, M.; Häkkinen, H.; Landman, U.; Photoabsorption spectra of Nan+ clusters: line broadening mechanisms, Physical Review Letter 87, 053401 (2001)
  • Rattunde, O.; Moseler, M.; Häfele, A.; Kraft, J.; Rieser, D.; Haberland, H., Surface smooth-ing by energetic cluster impact, Journal of Applied Physics 90, 3226 (2001)
  • Moseler, M.; Landman, U.; Formation, Stability and Breakup of Nanojets, Science 289, 1165 (2000)
  • Moseler, M.; Rattunde, O.; Nordiek, J.; Haberland, H.; On the origin of surface smoothing by energetic cluster impact: molecular dynamics simulation and mesoscopic modelling, Nucl. Instruments & Methods B 164, 522 (2000)

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