Computercluster
Final Report Abstract
Der beschaffte Computercluster wurde für Simulationen im Bereich der Theoretischen Physik eingesetzt. Hierbei lag der Schwerpunkt auf Molekulardynamik und Monte Carlo Simulationen in der Polymerphysik, es wurden aber auch Simulationen zu Fragestellungen der Festkörperphysik durchgeführt. Im Folgenden werden die wichtigsten Projekte aus dem Bereich der Polymerphysik kurz dargestellt. Hier hat der Cluster die unabdingbaren Voraussetzungen geschaffen, um zwei Projekte im Rahmen des SFB TRR102 erfolgreich bearbeiten zu können. In einem dieser Projekte wurde die Kristallisation aus der Schmelze eines vergröberten Modells von semi-flexiblen Polymeren mittels moderner Wang-Landau Monte Carlo Simulationen untersucht. Hierbei wurde zum ersten Mal ein vollständiges Gleichgewichtsphasendiagramm einer solchen Schmelze berechnet, und es konnte gezeigt werden, dass die Ketten einen Phasenübergang von einer amorphen Schmelze in eine Rotatorphase zeigen. Die Wang-Landau Simulation berechnete hierbei Zustandsdichten, die über 5000 Größenordnungen variieren, was einen Weltrekord für diese Art von Simulationen darstellt. Wang-Landau Simulationen wurden auch im zweiten SFB-Projekt verwendet, in dem der Einfluss von Steifigkeit und spezifischen Wechselwirkungen auf den Kollapsübergang und die Strukturbildung einzelner Polymerketten, die als Proteinmodelle dienten, untersucht wurde. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die Betrachtung der Aggregation solcher Ketten, wie sie in der Amyloid Bildung auftreten, die zu neurodegenerativen Krankheiten führt. Mittels Molekulardynamik Simulationen wurde in einem dritten Projekt untersucht, wie weit moderne experimentelle Methoden der Nanorheologie geeignet sind, die frequenzabhängigen dynamischen Module einer Polymerschmelze zu messen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Annahmen, die der theoretischen Interpretation solcher Experimente zu Grunde liegen, nur in Grenzfällen erfüllt sind. Molekulardynamik Simulationen wurden auch verwendet, um Struktur und Dynamik einer Polybutadien Schmelze zwischen Graphit und Aluminiumoxid Wänden zu studieren. Für dieses Projekt, das innerhalb des SPP1369 durchgeführt wurde, wurden auf dem lokalen Cluster Programmentwicklungen und begleitende Rechnungen durchgeführt, die die Voraussetzungen dafür lieferten, dass dieses Simulationsprojekt Rechenzeit auf dem Supercomputer Juqueen am JSC Jülich einwerben konnte.
Publications
- Harmonically confined Tonks-Girardeau gas: A simulation study based on Nelson’s stochastic mechanics. Phys. Rev. A 86, 013607 (2012)
W. Paul
- Three-step decay of time correlation functions at polymer-solid interfaces. Europhys. Lett. 98, 28006 (2012)
L. Yelash, P. Virnau, K. Binder, W. Paul
- The dielectric α-relaxation in polymer films: A comparison between experiments and atomistic simulations. Europhys. Lett. 104, 66004 (2013)
M. Solar, E. U. Mapesa, F. Kremer, K. Binder, W. Paul
- Passive one-particle microrheology of an unentangled polymer melt studied by molecular dynamics simulations. Phys. Rev. E 90, 022602 (2014)
A. Kuhnhold, W. Paul
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.90.022602) - Temperature dependent micro-rheology of a glass-forming polymer melt studied by molecular dynamics simulations. J. Chem. Phys. 141, 124907 (2014)
A. Kuhnhold, W. Paul
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4896151) - Wang-Landau and stochastic approximation Monte Carlo for semi-flexible polymer chains. Physics Proceedia 57C, 82 (2014)
B. Werlich, M. P. Taylor, W. Paul
(See online at https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.137)
