Ab-initio-Simulationen zur Berechnung thermophysikalischer Eigenschaften von molekularen HCNO-Mischungen

• Antragsteller: Dr. Martin French
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280637173

Wir berechnen thermodynamische und Transporteigenschaften diverser molekularer HCNO-Verbindungen unter extremen Bedingungen von Druck und Temperatur, wie sie im Inneren von neptunartigen Planeten vorliegen. Dazu verwenden wir, wie auch die Teilprojekte 1 und 2, moderne Ab-initio-Methoden der theoretischen Vielteilchenphysik, die auf Dichtefunktionaltheorie und Molekulardynamik basieren. Ein vorrangiges Ziel ist das Erstellen von Zustandsgleichungen für Wasser, Ammoniak, Methan und deren Gemischen. Dies beinhaltet insbesondere die analytische Parametrisierung der Zustandsgleichungsdaten in Form von thermodynamischen Potentialen, einschließlich der Berechnung der Entropie. Des Weiteren soll das Auftreten von Dissoziations- und Ionisationsprozessen in der Flüssigkeit und die Bildung von festen und superionischen Phasen untersucht werden. Die hier berechneten Zustandsgleichungen und Phasendiagramme werden direkt bei der Planetenmodellierung verwendet, die in anderen Teilprojekten vorgenommen wird. Ebenso wird ein direkter Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen aus Teilprojekt 9 vorgenommen. Weiterhin werden wir die Teilchendiffusionskoeffizienten, Viskositäten und Wärmeleitfähigkeiten von HCNO-Gemischen berechnen. Hierbei sollen auch wasserstoffreiche Stöchiometrien untersucht werden, die die chemische Zusammensetzung thermischer Grenzschichten im Planeten im GPa-Bereich repräsentieren. Die hier verwendeten Ab-initio-Methoden erlauben eine systematische Untersuchung und Charakterisierung solcher Leitungsprozesse in partiell dissoziierter und ionisierter Materie. Die gewonnenen Ergebnisse werden direkt in die Entwicklung neuer Evolutions- und Schichtungsmodelle für neptunartige Planeten in Teilprojekt 5 eingehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2440: Materie im Inneren von Planeten - Hochdruck-, Planeten- und Plasmaphysik