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SFB 382 - Teilprojekt C14

MD-Simulation von Quasikristallen

Realpotenziale für molekulardynamische Simulationen von Quasikristallen


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1. Personal

2. Kurzbeschreibung

3. Verbindungen zu anderen Projekten des SFB

4. Ergebnisse

5. Veröffentlichungen


1. Personal

Leiter
Prof. Dr. H.-R. Trebin
Dr. F. Gähler
 
Mitarbeiter
Dr. J. Roth
S. Hocker
P. Brommer
 
Anschrift
Institut für Theoretische und Angewandte Physik
Pfaffenwaldring 57
70550 Stuttgart

2. Kurzbeschreibung

Molekulardynamik ist ein Simulationsverfahren, bei dem man den Festkörper als Menge von Massepunkten modelliert und deren Newtonsche Bewegungsgleichungen unter dem Einfluss der interatomaren Potentiale numerisch löst.

Das Verfahren ist eines der wenigen, mit denen derzeit fundamentale physikalische Eigenschaften von Quasikristallen studiert werden können, wie z.B.: Welche der vorgeschlagenen Strukturen sind stabil? Wie erfolgt plastische Verformung oder mechanisches Versagen? Denn in Quasikristallen, z.B. ikosaedrischem AlPdMn, sind die Atome zwar nach festen Regeln, aber im Gegensatz zu herkömmlichen Metallen in aperiodischer Weise angeordnet. Analytische Theorien zur Elastizität und Plastizität sind noch nicht ausreichend entwickelt.

Wir haben daher ein modulares Programmpaket erarbeitet, das auch auf massiv parallelen Supercomputern läuft. Es lässt hohe Teilchenzahlen zu, was für ein aperiodisches System besonders wichtig ist, und wurde insbesondere zum Studium der Versetzungsbewegung und Rissausbreitung verwendet.

Für weitere Fortschritte ist es notwendig, zu Realsysteme überzugehen. Neben verfeinerten Strukturmodellen werden insbesondere realistischere Wechselwirkungs-Potenziale als die bisher verwendeten Modell-Potenziale benötigt. Leider sind quantenmechanische Ab-initio-Verfahren für die angestrebten Systemgrößen nicht brauchbar. Für komplexe Legierungsphasen wie Quasikristalle sind befriedigende effektive Potenziale derzeit kaum verfügbar.

Mit Hilfe des Force-Matching-Verfahrens sollen daher effektive Potenziale für die für uns interessanten Systeme entwickelt werden. Dazu werden für eine repräsentative Auswahl von kleinen Referenzkonfigurationen die Kräfte auf alle Atome mit Ab-initio-Verfahren berechnet und die effektiven Potenziale dann so optimiert, dass sie diese Kräfte möglichst gut reproduzieren.


3. Verbindungen zu anderen Projekten des SFB

Zur Entwicklung der verschiedenen Algorithmen und der Online-Visualisierung arbeiten wir mit folgenden Gruppen des SFB382 zusammen:


4. Ergebnisse

Mit IMD haben wir ein Programmpaket zur Molekulardynamik geschrieben, das dem Anwender ein vielseitiges, leistungsfähiges und einfach zu bedienendes Werkzeug zur Hand gibt. Aufgrund seines modularen Aufbaus ist es leicht zu erweitern. Trotz seiner Flexibilität und seiner Portabilität ist es schnell. Detaillierte Benchmarks finden sich auf der IMD Homepage.
An großen, massiv parallelen Supercomputern sind Simulationen mit 109 Teilchen möglich.
Zur Zeit setzen wir IMD zur Untersuchung verschiedener Fragestellungen im Bereich der Quasikristalle ein:

Außerdem befindet sich ein Progamm zum Force-Matching in der Entwicklung. Damit lässt sich ein durch eine beschränkte Anzahl von Parametern definiertes Potenzial bestmöglich an einen Satz von Referenzdaten, wie z.B. Kräften, Kohäsionsenergien und Spannungen in Referenzstrukturen anpassen. Erste Berechnungen im Rahmen der Diplomarbeit von P. Brommer zeigen eine korrekte Beschreibung der Aluminiumdiffusion und der thermischen Stabilität im dekagonalen AlNiCo-System.


5. Veröffentlichungen in Zusammenhang mit diesem SFB-Projekt

In der Report-Reihe des SFB 382 sind bisher folgende Artikel erschienen, teilweise liegen dort die Arbeiten in einer abrufbaren Version vor.


letzte Änderung am 13.12.2004 -