In molekulardynamischen (MD) Simulationen beschreibt man die Wechselwirkungen der Teilchen eines Systems mit Hilfe von klassischen Potenzialen und löst die Newtonschen Bewegungsgleichungen des Vielteilchen-Systems durch Iteration. Auf diese Weise gelingt es, eine deterministische Trajektorie des Systems im Phasenraum zu gewinnen.

10.000 Teilchen, eine Mikrosekunde

MD-Simulationen ermöglichen somit den Zugang zur vollständigen mikroskopischen Information über das System. Diese Kenntnis lässt sich über Ensemble- und Zeitmittelung zur Berechnung von Observablen nutzen. Das Zeitfenster von MD-Simulationen wird durch die Leistungsfähigkeit der Computer festgelegt. Legt man eine Rechenzeit von einer Woche zu Grunde, ist es heutzutage für ein klassisches 10000-Teilchen-System möglich, die Zeitentwicklung für ca. 1 Mikrosekunde zu verfolgen.

Möchte man MD-Simulationen für größere Systeme und längere Zeiten durchführen, ist es sinnvoll, von einer atomaren zu einer vergröberten Beschreibung zu wechseln. Bei einer solchen Vergröberung (coarse graining) fasst man auf geeignete Weise mehrere Atome zu einem Teilchen zusammen. Mit diesem Ansatz lässt sich die Zahl der zu berechnenden Paar-Wechselwirkungen stark reduzieren, allerdings bleibt die Frage, wie sich vergröberte Wechselwirkungspotentiale systematisch aus den unterliegenden atomistischen Kraftfeldern ableiten lassen, Gegenstand zahlreicher Forschungsbemühungen. Wir widmen uns dieser offenen Frage in einem Projekt, das von der DFG im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TRR 146 gefördert wird.

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