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TRR 146: Multiskalen-Simulationsmethoden für Systeme der weichen Materie

Multiskalenmodellierung ist ein zentrales Thema in der theoretischen kondensierten Materie und in den Materialwissenschaften. Eine wichtige Klasse von Materialien, deren Eigenschaften von Phänomenen auf vielen Längen- und Zeitskalen bestimmt sind, ist weiche Materie. Die Eigenschaften weicher Materialien werden durch ein subtiles Wechselspiel von Energie und Entropie bestimmt, und winzige Änderungen der molekularen Wechselwirkungen können große Änderungen der makroskopischen Eigenschaften eines Systems nach sich ziehen.

In unserem seit Oktober 2014 von der deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereich (SFB TRR 146) sollen einige der drängendsten Probleme in der Multiskalenmodellierung in einer gemeinsamen Anstrengung von Physikern, Chemikern, angewandten Mathematikern und Informatikern angegangen werden. Im Fokus stehen drei zentrale Herausforderungen:

  1. Dynamik: Multiskalen-Ansätze wurden in der Vergangenheit häufig für statische Gleichgewichtssituationen entwickelt. Ein grundlegendes Verständnis der dynamischen Eigenschaften eines vergröberten Modells ist jedoch notwendig, will man Multiskalenkonzepte auch auf Transport und Nichtgleichgewichtsprozesse anwenden.

  2. Vergröberung und gemischte Auflösung: Häufig müssen ausgewählte kleine Bereiche in einem Material mit hoher Auflösung behandelt werden, während im Volumen eine vergröberte Modellierung ausreichend ist. Idealerweise sollten hochaufgelöste und vergröberte Regionen dynamisch festgelegt werden können, abhängig vom aktuellen Zustand eines Systems. In diesem Zusammenhang müssen auch fundamentale Aspekte des Vergröberns aus mathematischer Sicht neu analysiert werden.

  3. Das Verbinden von Teilchen und Kontinuum: Bis dato existieren wenige Ansätze, die teilchenbasierte und Kontinuums-Beschreibungen von weicher Materie in nichttrivialer Weise verknüpfen. Multiskalenmethoden für teilchenbasierte Modelle wurden in der Regel von Physikern und Chemikern entwickelt, Kontinuumsmodelle mit variabler Auflösung von angewandten Mathematikern. In dem Transregio-SFB sollen diese beiden Gruppen zusammengebracht werden, um das Feld als Ganzes voranzutreiben.

Die Behandlung dieser Probleme erfordert eine große interdisziplinäre Anstrengung, sowohl in der Grundlagenforschung als auch auf algorithmischer Seite. Der SFB bringt Wissenschaftler mit vielfältiger und komplementärer Modellierungsexpertise zusammen. Unser Ziel ist es, durch die Entwicklung neuer Simulations- und Analysetechniken in den Projektbereichen (A-C) den Weg zu ebnen für Simulationen von "realen Systemen", die von komplexen Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichts-Prozessen in komplexen (weichen) Materialien bestimmt sind.

Lesen Sie auch unser Profil auf Horizon 2020 Projects: Portal

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