Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computersimulationen für Grenzflächenberechnungen verbessert

15.05.2014

Mainzer Forscher entdecken neuartige „Finite-Size-Korrekturen" bei der Bestimmung von Grenzflächenspannungen

Computersimulationen spielen in der heutigen Zeit eine immer größere Rolle bei der Beschreibung und Entwicklung neuer Materialien. Aber trotz großer Fortschritte in der Computertechnik sind Simulationen in der statistischen Physik üblicherweise auf Systeme von wenigen 100.000 Teilchen beschränkt und damit um ein Vielfaches kleiner als typische Experimente.


Unter Koexistenzbedingungen bilden Kristall (rot) und flüssige Phase (blau) Grenzflächen aus. Die gezeigte Simulationsbox enthält 3660 Teilchen mit Hartkugelwechselwirkung. Durch periodische Randbedingungen und Finite-Size-Scaling (systematische Variation der Boxgrösse) kann mittels Simulationen die Oberflächenspannung sehr genau bestimmt werden.

Quelle: Fabian Schmitz, Institut für Physik, JGU

Die Wissenschaftler nutzen daher sogenannte „Finite-Size-Korrekturen", um aus vergleichsweise kleinen, simulierbaren Systemen makroskopische Größen korrekt zu bestimmen. Einem Team der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es nun gelungen, das Verständnis dieser Korrekturen bei der Bestimmung von Grenzflächenspannungen zu verbessern und damit wesentlich genauere Vorhersagen zu ermöglichen.

Die Grenzflächenspannung ist für viele Phänomene wie zum Beispiel die Keimbildung von Wassertröpfchen in der Atmosphäre, die Kristallisation von Proteinen aus Lösungen oder das Wachstum und die Stabilität von Nanokristallen eine wichtige physikalische Kenngröße.

Sie tritt zwischen verschiedenen Phasen eines Materials auf, also zwischen der festen, der flüssigen oder der gasförmigen Phase. Die Größe ist experimentell schwierig zu bestimmen, und verlässliche analytische Theorien fehlen oftmals auch. Deshalb ist es von großer Bedeutung, hierfür Computer-Simulationsmethoden zu entwickeln.

Den Mainzer Physikern Dipl.-Phys. Fabian Schmitz, Dr. Peter Virnau und Prof. Dr. Kurt Binder ist es durch den Einsatz einer neuartigen Simulationsmethode gelungen, die Natur der „Finite-Size-Korrekturen“ bei der Bestimmung von Grenzflächenspannungen zu verstehen.

Diese Arbeit, die erst durch den Einsatz von mehreren Millionen CPU-Stunden auf dem Mainzer Supercomputer Mogon ermöglicht wurde, wird in Zukunft dazu beitragen, Grenzflächenspannungen mit höchster Präzision in Simulationen zu bestimmen. Die Ergebnisse wurden in dem renommierten Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht.

Hochleistungsrechnen gewinnt an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz immer mehr an Bedeutung. Voraussichtlich ab dem ersten Quartal 2016 wird der geplante neue Hochleistungsrechner Mogon II das aktuelle System ersetzen. Mogon II soll unter den Top 100 der weltweit schnellsten Hochleistungsrechner rangieren. 

Veröffentlichung:
Fabian Schmitz, Peter Virnau, Kurt Binder
Determination of the Origin and Magnitude of Logarithmic Finite-Size Effects on Interfacial Tension: Role of Interfacial Fluctuations and Domain Breathing
Physical Review Letters, 26. März 2014
DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.125701

Weitere Informationen:
Dipl.-Phys. Fabian Schmitz
Kondensierte Materie KOMET
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-24104
Fax +49 6131 39-25441
E-Mail: schmifa@uni-mainz.de
http://www.komet331.physik.uni-mainz.de/schmitz.php

Weitere Links:
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.125701
http://www.uni-mainz.de/presse/60142.php (Pressemitteilung „8,7 Millionen Euro für neuen Hochleistungsrechner MOGON II“)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht KogniHome feiert die Wohnung der Zukunft
26.06.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Der Form eine Funktion verleihen
23.06.2017 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften