Der Begriff Potential bezeichnet in den Materialwissenschaften eine skalare Größe, deren Gradient eine treibende Kraft für physikalische oder chemische Prozesse darstellt. Potentiale verknüpfen damit Energie- oder Zustandsgrößen mit ortsabhängigen Feldern und sind Grundlage für Kontinuums- und Atommodelle.

Zentral sind interatomare Potentiale, also effektive Funktionen, die die potentielle Energie eines Atomverbands in Abhängigkeit von den Atomkoordinaten beschreiben. Sie definieren Kräfte, Gleichgewichtsabstände, Elastizitätskonstanten sowie Defekt- und Oberflächenenergien. Beispiele sind Lennard‑Jones-, EAM- und Bindungsordnungs-Potentiale. Hochdimensionale, mittels maschinellem Lernen trainierte Potentiale (z.B. Neural‑Network- oder GAP-Potentiale) erweitern diese Klasse, indem sie quantenmechanische Genauigkeit bei deutlich geringeren Rechenkosten anstreben.

Auf mesoskopischer Ebene charakterisiert das Zetapotential die elektrokinetische Potentialdifferenz an der Scherebene von Partikeln oder Porenoberflächen in Flüssigkeiten. Es ist entscheidend für Kolloidstabilität, Pulversuspensionen und elektrokinetische Trennverfahren. Das Reduktionspotential wiederum beschreibt das chemische Triebpotential für Redoxprozesse, etwa in Korrosion oder elektrochemischer Energiespeicherung.

Die Potentialenergiefläche (PES) stellt die Gesamtenergie eines Systems als Funktion aller Atomkoordinaten dar und bildet die konzeptionelle Brücke zwischen quantenmechanischen Rechnungen und effektiven interatomaren Potentialen. Oberflächenpotentialmessungen erfassen lokale elektrische Potentialverteilungen an Festkörperoberflächen und liefern Informationen zu Bandbiegung, Oberflächenladungen und Adsorbatwechselwirkungen.

Insgesamt dienen Potentiale als zentrale Modellgrößen, um Struktur, Stabilität, Transport und Reaktivität von Werkstoffen über Längenskalen hinweg konsistent zu beschreiben.