Numerische Mathematik und Wissenschaftliches Rechnen

Die Gruppe arbeitet zu den folgenden anwendungsorientierten Forschungsthemen des WIAS:

Neuartige elektronische Materialien erfordern fortschrittliche Modellierungs- und Simulationstechniken für den Ladungstransport, bei denen bewegliche Ionen im Kristallgitter nicht vernachlässigt werden können. Beispiele für solche Materialien sind Perowskite- und 2D-Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMDCs) wie Molybdändisulfid. Sie spielen eine grundlegende Rolle für neue Solarzellen und memristive Bauelemente. [>> more]

Moderne Halbleiter- und Optoelektronik wie Halbleiterlaser oder organische Feldeffekttransistoren basieren auf Halbleiterstrukturen, die z.B. durch Dotierungsprofile, Heterostrukturen oder Nanostrukturen gegeben sein können. Um das Verhalten dieser Bauelemente qualitativ und quantitativ zu beschreiben und zu optimieren, ist die mathematische Modellierung und Simulation der funktionsbestimmenden bzw. -limitierenden Ladungstransportvorgänge notwendig. Im Rahmen der Green Photonics Initiative stehen auch energieeffizientere Bauteile sowie neue Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien, Kommunikationstechnologien und Beleuchtung im Vordergrund. [>> more]

In der Medizin werden heute bei der Diagnostik und Therapieplanung digitale Instrumente zur Simulation von Prozessen im menschlichen Körper genutzt. Am WIAS werden Modelle für biologische Gewebe, Fluide und deren Interaktion, sowie Techniken der Optimierung und Steuerung zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen in der Biomedizin entwickelt. [>> more]

Das Verhalten elektrochemischer Systeme wird auf der Basis von Kontinuumsmodellen untersucht. Solche Modelle lassen sich u.a. auf Gebieten wie Elektrochemie an Einkristalloberflächen, Lithium-Ionen-Batterien, Brennstoffzellen, Nanoporen in biologischen Membranen, Elektrolyse und Korrosion einsetzen. [>> more]

Archiv

Weitere Anwendungsthemen, in denen das WIAS Kompetenz besitzt:

Eine Möglichkeit zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist optische Lithographie. Hierbei werden Muster von einer Fotomaske in einen fotosensitiven Film, dem Fotolack, übertragen, der im Weiteren als Ätzmaske zur Produktion von Mikroprozessoren genutzt werden kann. [>> more]

Diese Anwendungen werden durch Populationsbilanzsysteme modelliert. In Kooperation mit akademischen und industriellen Partnern werden akkurate und effiziente Verfahren zur Lösung dieser Systeme entwickelt, welche langfristig als Grundlage für Optimierungsverfahren für diese Prozesse dienen sollen. [>> more]

Die dynamische Prozess-Simulation ist ein wichtiges Werkzeug bei der Entwicklung, Analyse und Steuerung von Anlagen der Industrie. Hierbei sind große Systeme von Algebro-Differentialgleichungen (DAEs) zu lösen. Das am WIAS entwickelte Simulationskonzept nutzt nach dem Prinzip ”Teile und Herrsche” die modulare Struktur der Prozessmodelle aus und löst das DAE-System durch Block-strukturierte Verfahren. Das Konzept wurde im Simulator BOP implementiert und hat sich bei verschiedenen industriellen Anwendungen bewährt. [>> more]