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(Poisson-Boltzmann Löser in beschränkten Geometrien)
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Die Poisson-Boltzmann Gleichung beschreibt die Ionenverteilung um geladene Objekte. Sie wird standardmäßig in biomolekularen Simulationen, z.B. zur Berechnung von freien Energien benutzt, und in der Simulation von geladener weicher Materie, wie DNS Strängen oder ladungsstabilisierten Kolloiden verwendet. In dieser Arbeit soll die PB Gleichung mit Hilfe des PDE-Lösers des Softwarepaketes DUNE mittels der Methode der Finiten Elemente gelöst. Die Ionenverteilungen verschiedener Modellgeometrien sollen untersucht und mit Hilfe expliziter Molekulardynamik-Rechnungen im Softwarepaket {{ES}} überprüft werden.
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Die Poisson-Boltzmann Gleichung beschreibt die Ionenverteilung um geladene Objekte. Sie wird standardmäßig in biomolekularen Simulationen, z.B. zur Berechnung von freien Energien benutzt, sowie in der Simulation von geladener weicher Materie, wie DNS Strängen oder ladungsstabilisierten Kolloiden verwendet. In dieser Arbeit soll die PB Gleichung mit Hilfe des PDE-Lösers des Softwarepaketes DUNE mittels der Methode der Finiten Elemente gelöst. Die Ionenverteilungen verschiedener Modellgeometrien sollen untersucht und mit Hilfe expliziter Molekulardynamik-Rechnungen im Softwarepaket {{ES}} überprüft werden.
 
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik und über tragfähige Grundlagen mit UNIX-Systemen verfügen.
 
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik und über tragfähige Grundlagen mit UNIX-Systemen verfügen.
  

Revision as of 11:31, 24 January 2011

Diplom- und Bachelorarbeiten

Diplomarbeiten können bei uns im Bereich Simulation und Theorie weicher Materie durchgeführt werden. Dies umfasst insbesondere Nukleation, Ferrofluide, Hydrogele sowie Polymere und Biomoleküle. Aktuelle Themen sind

  • Phasendiagramm von Nicht zentrierte Dipole
  • IPBS (Iterativer Poisson-Boltzmann-Löser) vor dielektrischen Grenzflächen
  • Ionkanäle
  • Janus-Teilchen
  • Ionische Flüssigkeiten: Dielektrisches Spektrum für Modellfluide
  • Magnetische Gele
  • GPU Portierungen von langreichweitigen Lösern für Hydrodynamik und Elektrostatik
  • Gitteralgorithmen für Elektrohydrodynamik Problemen (GPU und CPU)


Bachelorarbeiten

Poisson-Boltzmann Löser in beschränkten Geometrien

Die Poisson-Boltzmann Gleichung beschreibt die Ionenverteilung um geladene Objekte. Sie wird standardmäßig in biomolekularen Simulationen, z.B. zur Berechnung von freien Energien benutzt, sowie in der Simulation von geladener weicher Materie, wie DNS Strängen oder ladungsstabilisierten Kolloiden verwendet. In dieser Arbeit soll die PB Gleichung mit Hilfe des PDE-Lösers des Softwarepaketes DUNE mittels der Methode der Finiten Elemente gelöst. Die Ionenverteilungen verschiedener Modellgeometrien sollen untersucht und mit Hilfe expliziter Molekulardynamik-Rechnungen im Softwarepaket ESPResSo überprüft werden. Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik und über tragfähige Grundlagen mit UNIX-Systemen verfügen.

Ansprechpartner: Alexander Schlaich

Parameterstudien zur Translokation von Biomolekülen durch Nanoporen

In den letzten Jahren ist es möglich geworden, künstliche Nanoporen als Sonden in der Welt einzelner Makromoleküle zu benutzen. Bei dem Transport dieser Moleküle durch die Pore spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine große Rolle, weil fast alle Biomoleküle stark geladen sind. In diesem Projekt soll die Rolle der elektrostatischen Wechselwirkung für diesen Prozess mit molekulardynamischen Simulationen untersucht werden, um so die wissenschaftliche Grundlage für ein genaues Verständnis dieses Prozesses zu legen. Nur wenn das System gut verstanden ist, kann es letztlich - wie man sich erhofft - zur schnellen Sequenzierung von DNA genutzt werden. Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik und über tragfähige Grundlagen mit UNIX-Systemen verfügen. Erfahrungen in der Programmierung mit Skriptsprachen oder Hochsprachen (C, C++) sind von Vorteil. Das zugrundeliegende Softwarepaket wird ESPResSo sein.

Ansprechpartner: Stefan Kesselheim

Algorithmen zur Coulomb-Wechselwirkung in periodischen Geometrien

Langreichweitige Wechselwirkungen nehmen bei Simulationen von geladenen Systemen heute immernoch einen beachtlichen Teil der Rechenzeit in Anspruch. Über viele Jahrzehnte wurden und werden neue Algorithmen zur Lösung dieses Problems entwickelt. Einige dieser Algorithmen sind im Programmpaket ESPResSo implementiert. Neben kurzem Einlesen in diese Methoden sollen vor allem Simulationen erstellt werden zum direkten Vergleich von Genauigkeit und Performance. Die Ergebnisse sollen interpretiert und präsentiert werden.

Ansprechpartner: Florian Rühle oder Olaf Lenz

Messung der dielektrischen Konstante in einer ionischen Flüssigkeit

Mit einem vereinfachten Modell von harten geladenen Kugeln soll im Rahmen einer Molekulardynamischen Simulation die statische dielektrische Konstante bestimmt werden, sowie sie aus Messungen mittels dielektrischer Spektroskopie bestimmt wird.

Ansprechpartner: Marcello Sega oder Axel Arnold

Simulation ultrakalte Moleküle mit einem elektrischen Dipolmoment

Ultrakalte Moleküle mit einem elektrischen Dipolmoment lassen sich in einem optischen Gitter einfangen und durch ein elektrisches Feld ausrichten. Durch Manipulation des Gitters und des elektrischen Feldes lassen sich die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen beeinflussen. In dieser Arbeit soll mit Hilfe von Molekulardynamik ein System untersucht werden, in dem mehrere Lagen stark dipolar wechselwirkender Molekuele uebereinander angeordnet sind. Ziel der Arbeit ist es, Grundzustandsstrukturren zu berechnen, sowie den Einfluß der thermischen Bewegung auf die Grundzustandsstrukturen zu berechnen. Das System ist hierbei gerade noch im Bereich der klassischen Physik. Als Simulationssoftware wird Espresso (www.espresso.mpg.de) zum Einsatz kommen.

Ansprechpartner: Rudolf Weeber (Rudolf Weeber <weeber@ica1.uni-stuttgart.de>)

Gitter-Boltzmann-Simulationen auf GPUs

Graphikkarten sind bei geeigneten Algorithmen mehr als 10x so schnell wie ein vergleichbarer konventioneller Prozessor. Zu diesen Algorithmen zählt z.B. die Gitter-Boltzmann-Methode für Strömungsdynamik. Diese Methode wird in unserer Arbeitsgruppe eingesetzt, um klassische Teilchen mit hydrodynamischen Wechselwirkungen zu simulieren. Dabei läuft eine klassische Molekulardynamik in der Software ESPResSo, während die Strömungsdynamik auf einer GPU gerechnet wird. Im Rahmen einer Bachelorarbeit sollen Performancemessungen an unserem Code vorgenommen werden, sowie dieser für den Einsatz in Multi-GPU-Umgebungen fit gemacht werden. Ein anderes Thema in diesem Bereich ist die Implementation neuer Randbedingungen, um etwa Mikrokanäle zu simulieren.

Ansprechpartner: Axel Arnold