Optimierung der Methode konstanter Potentiale für Molekulardynamik
E-Mail: ludwig.ahrens-iwers@tuhh.de
Hintergrund
Die klassische Molekulardynamik (MD) ist eine etablierte Methode um Prozesse auf atomarer Ebene zu modellieren. Bei vielen Systemen wie z.B. Superkondensatoren und nanoporösen Metallen spielt allerdings die elektrische Leitfähigkeit von Oberflächen eine entscheidende Rolle. Konventionelle MD verwendet konstante Partialladungen und muss daher erweitert werden um Leitfähigkeit explizit zu modellieren. Ein geeigneter Ansatz dafür ist die Methode konstanter Potentiale, bei der die individuellen Ladungen von Elektrodenatomen vom Elektrolyt und einem externen Potential abhängen.
Für die MD Software LAMMPS wird das ELECTRODE-Paket in der Gruppe für MD Simulation weicher Materie entwickelt. Das Paket implementiert die Methode konstanter Potentiale, die eine Minimierung der Energie bezüglich der Partialladungen für jeden Zeitschritt erfordert. Für die Minimierung können verschiedene Verfahren verwendet werden. Die Methode der konjugierten Gradienten ist gut geeignet und bereits im Paket implementiert. Im Rahmen der Arbeit soll das Verfahren durch eine Vorkonditionierung verbessert werden um Rechenzeiten zu verkürzen.
Aufgabe
Hauptaufgabe ist die Arbeit am Quellcode von LAMMPS. Du solltest Erfahrung mit Programmierung, am besten in C++, haben und ein Grundverständnis für MD haben. Für die Entwicklung benutzen wir Linux-Rechner und die GitLab-Instanz der TUHH. Du wirst Schritt für Schritt von uns eingearbeitet und kannst so deine Kenntnisse in diesen Bereichen verbessern. Die Vorkonditionierung wurde bereits von anderen Gruppen verwendet, d.h. das Projekt hat eine hohe Aussicht auf Erfolg, ist durch Parallelisierung und Arbeitsspeicherverwaltung aber trotzdem anspruchsvoll. Neben der Implementierung in LAMMPS bietet das Projekt viele Möglichkeiten für die Anwendung, über die zusammen entschieden werden kann.