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TRR 146:  Multiskalen-Simulationsmethoden für Systeme der weichen Materie

Fachliche Zuordnung Physik
Chemie
Mathematik
Förderung Förderung seit 2014
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233630050
 
Die Mission des TRR 146 ist die Entwicklung, Analyse und Optimierung von Werkzeugen zur Multiskalensimulation von Systemen der weichen Materie. Multiskalen-Ansätze sind heutzutage ein essenzieller Bestandteil der theoretischen Modellierung in fast allen Bereichen der Materialwissenschaften. Die Eigenschaften vieler Materialien sind das Ergebnis eines komplexen Wechselspiels von Prozessen auf einer Vielzahl von Skalen, die oft um Größenordnungen auseinanderliegen – von Sub-Angstrom (lokale elektronische Struktur, chemische Reaktionen) bis hin zu Mikrometern und mehr (mesoskalige Domänenmorphologien und Defektdynamik). Dies ist besonders ausgeprägt in weichen Materialien, die typischerweise aus großen Molekülen oder hochflexiblen und -dynamischen nano- bzw. mikroskaligen Konstituenten bestehen. Weiche Materialien sind in Natur und Technologie allgegenwärtig. Beispiele sind Plastik, Gummi, Papier, (Bio)membrane, Öl, Farbe, und Flüssigkristalle. Bei Raumtemperatur reagieren sie typischerweise stark auf externe Stimuli, d.h., charakteristische Energien sind der thermischen Energie vergleichbar, und es treten große Fluktuationen auf. Aus diesem Grund können kleinste Veränderungen in den mikroskopischen Wechselwirkungen einen enormen Effekt auf die makroskopischen Materialeigenschaften haben. Um dieses zu untersuchen, bedarf es multiskaliger Beschreibungen. Weiche Materialien eignen sich daher in besonderer Weise dafür, neue Multiskalen-Algorithmen zu testen und deren Eigenschaften mathematisch zu analysieren. Zentrale Probleme, die im TRR bearbeitet werden, sind unter anderem•Optimierte strukturelle Vergröberungsstrategien, die sowohl im Gleichgewicht als auch im Nichtgleichgewicht anwendbar sind.•Die systematische Vergröberung dynamischer Prozesse, d.h. die Entwicklung von vergröberten Modellen, die die Dynamik des zugrundeliegenden Systems reproduzieren, und von Methoden, große Zeitspannen zu überbrücken.•Simulationen mit multipler Auflösung, in denen Modelle mit verschiedenem Vergröberungsgrad horizontal oder vertikal gekoppelt werden, von Hochpräzisions-Quantenchemie bis hin zu mesoskaligen Kraftfeldern und Kontinuumsmodellen.Unsere Methoden reichen von der rigorosen mathematischen Analyse über theoretisch fundierte Vergröberungsstrategien bis hin zu Techniken zur Überbrückung von Skalen, die auf maschinellem Lernen basieren. In der dritten und letzten Förderperiode sollen dreierlei Ziele verfolgt werden: Erstens werden wir die fundamentale Methodenentwicklung fortsetzen, nun mit besonderem Fokus auf Nichtgleichgewichts-systemen und Systemen, die räumlich/zeitlich inhomogen sind. Zweitens werden wir das bis jetzt Erreichte konsolidieren, indem wir die neu entwickelten Algorithmen an einer breiteren Klasse von Modellsystemen testen. Drittens planen wir, die neuen Methoden für ausgewählte besonders schwierige reale Probleme anzuwenden.
DFG-Verfahren Transregios
Internationaler Bezug Niederlande, Österreich

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Mitantragstellende Institution Technische Universität Darmstadt
 
 

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