Wechselwirkung von Teilchenstrahlung mit Eisoberflächen: Molekulardynamikuntersuchungen mittels des REAX-Potentials

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Michael Urbassek
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276095671

Die Wechselwirkung energetischer Teilchenstrahlung mit Eisoberflächen ist vor allem für Untersuchungen im astrophysikalischen Kontext von Interesse. In unserem Sonnensystem werden die eisigen Oberflächen von Monden oder Kometen von Teilchen beschossen. Allgemeiner ist insbesondere das Schicksal von kleinen Eisclustern (Staubteilchen) unter der Einwirkung von kosmischer Strahlung von Interesse. Jüngste Satellitenmissionen - insbesondere die ROSETTA-Mission zum Kometen Churyumov-Gerasimenko - haben die Aufmerksamkeit auf die Physik und Chemie von Eisoberflächen gelenkt. Weiterhin sind derartige Studien für die analytische Verfahren der Massenspektroskopie von Interesse, in denen entweder etwa vereiste biologische Proben mittels der SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) untersucht oder reaktive Spezies in einer inerten Eismatrix eingeschlossen werden (Matrix-Isolations-Spektroskopie). Ziel des Projektes ist es, durch molekulardynamische Untersuchungen zu einem detaillierten Verständnis der Prozesse bei der Wechselwirkung schneller Teilchen mit Eisoberflächen zu gelangen. Derartige Prozesse sind vor allem für Fragestellungen der space science von Interesse; sie betreffen die Wechselwirkung des Sonnenwindes, von magnetosphärischen Ionen sowie von kosmischer Strahlung mit den eisbedeckten Oberflächen von Planeten und Monden, Kometen und eisbedeckten Staubkörnern. Moderne REAX-Potentiale erlauben es, neben den für die Beschussprozesse wichtigen repulsiven Wechselwirkungen auch die Bindungen in molekularen Festkörpern - wie in den hier zu verwendenden Eismischungen - zu modellieren; so können Bindungsbrüche und neubildungen und damit allgemein Reaktionen während und nach des Beschusses modelliert werden. In dem Vorhaben sollen Aussagen über die Modifikation der Eisoberfläche und ihre Zerstäubung durch den Beschuss gewonnen werden. Als typische Szenarien soll der Beschuss durch Sonnenwindionen, Ionen der Jupiter-Magnetosphäre sowie Ionenspuren von kosmischer Strahlung in Eisoberflächen simuliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen