Institut für Physik der Universität Rostock stößt mit Rechencluster „Venus“ in neue Sphären vor

Beschafft wurde der Hochleistungsrechner aus Mitteln des Sonderforschungs-bereiches 652 „Starke Korrelationen und kollektive Phänomene im Strahlungsfeld“.

„Damit können Numerische Simulationen zum Verhalten von physikalischen Systemen aus hunderten bis zu einigen tausend Teilchen wesentlich effizienter durchgeführt werden“, sagt Prof. Dr. Oliver Kühn vom Institut für Physik.

Die Beschreibung der Licht-Materie-Wechselwirkung im Sonderforschungsbereich 652 ist dabei eine ganz besondere Herausforderung.

In der Arbeitsgruppe (AG) von Prof. Kühn wird diese Rechenkapazität zur Aufklärung der Eigenschaften von Molekülaggregaten eingesetzt. Diese Aggregate absorbieren Licht und transportieren die damit verbundene Energie über Strecken von einigen Nanometern. Dieser gerichtete Transport ist speziell für Anwendungen in organischen Solarzellen von Interesse. Fragen, die gemeinsam mit der experimentellen Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stefan Lochbrunner beantwortet werden sollen, konzentrieren sich auf das mikroskopische Verständnis des Transports und ihn limitierende Faktoren. Dazu werden laserspektroskopische Methoden eingesetzt und simuliert, wobei Laserlicht nicht nur zur Analyse, sondern auch zur gezielten Beeinflussung der Dynamik verwendet wird. Ziel ist es, letztlich die Effizienz des Transports dieser Nanodrähte zu erhöhen.

Die AG Statistische Physik von Prof. Dr. Ronald Redmer nutzt den neuen Parallelrechner „Venus“, um die Eigenschaften von Materie unter extremen Bedingungen zu berechnen, wie sie zum Beispiel im Inneren von Großen Planeten wie Jupiter und Saturn vorkommen. Der Druck beträgt dort einige Millionen Atmosphären bei Temperaturen von einigen Tausend Kelvin. In diesem Bereich sind die Eigenschaften selbst der einfachsten Elemente wie Wasserstoff und Helium experimentell nicht gut bekannt, so dass die theoretischen Vorhersagen für die Berechnung der inneren Struktur und der Entwicklung dieser Planeten von großem Wert sind. Gleichzeitig werden diese Daten in der AG auch für die Modellierung des Aufbaus, der Entstehung und der Evolution von extrasolaren Planeten verwendet werden, von denen seit 1996 eine große Zahl (über 500) entdeckt wurde.

Mitarbeiter der AG von Prof. Dieter Bauer werden auf dem neuen Rechencluster die Wechselwirkung von Licht sehr hoher Intensität mit Materie untersuchen. Dabei geht es einerseits um Teilchenbeschleunigung mit Licht, andererseits um Quantendynamik von Atomen und Clustern, wie sie experimentell am Freie-Elektronen-Laser in Hamburg untersucht wird. Für diese aufwendigen Simulationen kommt der neue Computercluster gerade recht. Insbesondere zur Weiterentwicklung der numerischen Methoden ist ein lokaler, leistungsfähiger Rechner vor Ort unverzichtbar.

In der AG Theoretische Clusterphysik von Prof. Dr. Thomas Fennel wird der neue Rechner für die Beschreibung ultraschneller lichtgetriebener Vorgänge in Nanostrukturen eingesetzt. Die zu Grunde liegenden Vorgänge sind unglaublich schnell – sie laufen auf der Attosekunden-Zeitskala ab – und sind beispielsweise für die Realisierung lichtgetriebener Elektronik wichtig, die bis zu eine Million Mal schneller arbeiten könnte als heutige Technik. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde und verhält sich zu einem Wimpernschlag wie dieser zum Alter des Universums. Die durch den Rechencluster „Venus“ verbesserten Möglichkeiten zur Aufklärung derart schneller Bewegungen von Elektronen und Ionen sind sowohl für das fundamentale Verständnis der Licht-Materie-Wechselwirkung als auch für technische Anwendungen wie der Lasermaterialbearbeitung wichtig.

Angesichts dieses Forschungsprogramms ist es nicht verwunderlich, dass die Erweiterung des Rechenclusters des Instituts für Physik an der Universität Rostock bereits in Planung ist.

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