Die Vorlesung gibt eine Einführung in partikelbasierte Simulationsmethoden.

1. Einführung: Partikel- und Atomistische Modelle für Materialien
2. Struktur und Anfangsbedingungen: Statik
   * Partikelstrukturen minimaler Energie
3.  Grundlagen der Partikeldynamik
   * Atom-Billard
   * Newtonsches Bewegungsgesetz: Teilchen, Ort, Kräfte, Energie
   * Zeitintegration
4. Wechselwirkung zwischen Teilchen
   * Paarpotenziale -- Mehrkörperpotenziale
   * Quantenmechanische Prinzipien
   * Tight Binding Methoden
   * Algorithmisches: Nachbarschaftslisten
5. Strukturanalyse:
   * Eigenschaften von Nachbarschaften, Defektenergie
   * Verteilungsfunktionen
   * Spannungen, Dehnungen
6. Statistik und Thermodynamik
   * Phasenraum
   * Temperatur, Druck: Thermo- und Barostate
   * physikalische Ensemble, Fluktuationen
   
7.  Anwendung von teilchenbasierten Methoden / fortgeschrittene Methoden:
   * Monte Carlo Verfahren
   * Beschleunigungsverfahren
   * Kopplung zu Kontinuumsmethoden
   * dissipative Partikeldynamik

Die Rechnerübungen dienen zur Ergänzung und Vertiefung des Stoffinhalts der Vorlesung anhand praktischer Beispiele mit der frei verfügbaren Molekulardynamik Software „lammps“ sowie als Forum für ausführliche Rückfragen der Studierenden.

Der/die Studierende kann

• die physikalischen Grundlagen partikelbasierter Simulationsmethoden (z. B. Molekulardynamik) erläutern.
• partikelbasierte Simulationsmethoden anwenden, um Fragstellungen aus der Werkstoffwissenschaft zu bearbeiten.

Vorkenntnisse in Mathematik, Physik und Werkstoffkunde empfohlen.

Präsenzzeit: 22,5 Stunden
Übung: 12 Stunden
Selbststudium: 85,5 Stunden

Mündliche Prüfung ca. 30 Minuten

1. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, Daan Frenkel and Berend Smit (Academic Press, 2001) wie alle guten MD Bücher stark aus dem Bereich der physikalischen Chemie motiviert und auch aus diesem Bereich mit Anwendungsbeispielen gefüllt, trotzdem für mich das beste Buch zum Thema!
2. Computer simulation of liquids, M. P. Allen and Dominic J. Tildesley (Clarendon Press, Oxford, 1996) Immer noch der Klassiker zu klassischen MD Anwendungen. Weniger stark im Bereich der Nichtgleichgewichts-MD.

Die Vorlesung wird auf Englisch angeboten!