Verbundprojekt: Multiskalensimulationssoftware zur Modellierung von Wachstums- und Diffusionsprozessen in Materialien; Teilprojekt: Entwicklung und Implementation von numerischen Verfahren zur Simulation von atomaren Systemen über lange Zeiträume

Zur Behandlung vieler industrierelevanter Fragestellungen müssen atomare Prozesse über lange Zeiträume simuliert werden. Daher können Standardverfahren der Molekulardynamik hier nicht angewendet werden, da diese nur die Berechnung ueber sehr kurze Zeiträume erlauben. Daher ist es notwendig Verfahren einzusetzen, die sowohl eine Simulation über substantiell größere Zeiträume ermöglichen, als auch alle atomistischen Details erhalten. Daher gibt es einen hohen Bedarf nach effizienten, robusten Verfahren und einfach zu benutzenden Softwarepaketen, die solche numerischen Experimente ermöglichen. Das Ziel des Verbundvorhabens MultiModel ist es, numerische Methoden für solche Probleme zu entwickeln und im Rahmen einer benutzerfreundlichen Software zu implementieren. Das Hauptziel des Teilprojekts von FI ist die Implementierung einer neuen erweiterten Kinetic Monte Carlo Methode (KMC) zur Simulation solcher Systeme. Dazu soll um das grundlegende KMC Verfahren substantiell zu beschleunigen, Multiskalenverfahren in Raum und Zeit, Dimensionsreduktionsmethoden sowie eine KMC selbst-lernende Datenbank entwickelt und angewendet werden. Zunächst wird FI eine grundlegende erweiterte KMC Methode entwickeln. Gleichzeitig muss zusammen mit QW die Entwicklung eines Advanced Dynamics Moduls und eines Modules zur effizienten Bestimmung von Übergangszuständen koordiniert werden, da dieses für die nächsten Schritte notwendig ist. Nachfolgend wird die Erweiterung der KMC Methode um selbst-lernende Fähigkeiten sein. Sobald dieser Schritt abgeschlossen ist, werden in Zusammenarbeit mit AQC die ersten Anwendungsbeispiele erstellt. Danach wird die KMC Methode erweitert, zuerst mittels Multiskalentechniken, später auch durch die Implementation einer Datenbank um bereits erzielte Resultate zur substantiellen Beschleunigung zukünftiger ähnlicher Simulationen nutzen zu können. Parallel dazu geschieht die Erstellung weiterer Anwendungsbeispiele zusammen mit AQC.