Linux-Cluster zum wissenschaftlichen Hochleistungsrechnen

• Subject Area: Condensed Matter Physics
• Term: Funded in 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 105332767

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

Die sechs Arbeitsgruppen aus den Geowissenschaften und der Theoretischen Physik nutzen den leistungsfähigen Computercluster gemeinsam und setzen ihn für numerische Rechnungen und Simulationen zur Durchführung zahlreicher (auch geförderter) Forschungsprojekte ein, welche mit die Grundlage von über 50 Publikationen bilden. Mit dem Computercluster können (>20) Kooperationen unterstützt werden. Die gemeinsame Nutzung führt zum hohen Auslastungsgrad des Clusters. Die bearbeiteten Forschungsthemen umfassen Quantenphänomene in der Physik der Moleküle, von Clustern und Festkörpern, atomistische Simulationen zum Transport im Inneren von Planeten, mesoskopische Simulationen von Vesikeln oder Polymeren in der Mikrofluidik, makroskopische Transportphänomene in Magmaströmen oder in der Konvektion von Systemen im Labormaßstab bis hin zur Konvektion in Planeten bei hohen Rayleigh-Zahlen, aber auch Untersuchungen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume. Hierbei kommen Pfadintegralmethoden z. B. bei der Untersuchung der quantendissipativen Dynamik in Quantenpunktsystemen zum Einsatz. Es werden Ionisationsprozesse simuliert, wie sie in Experimenten durch hochintensive ultrakurze Röntgenpulse eines XFEL oder FLASH induziert werden. Methoden der Dichte-Funktional-Theorie werden zur Untersuchung der elektronischen Struktur und Dynamik in dem Grenzbereich eingesetzt, der durch den Übergang vom kleinen Molekül hin zum ausgedehnten Festkörper geprägt ist. Dabei konnte mit Hilfe des Clusters in mehreren Projekten zu Nanosystemen (metallische Cluster und organische Halbleiter) eine Brücke zu realistischen Anwendungen geschlagen werden. Auf der Dichte-Funktional- Theorie basierte Simulationen werden eingesetzt für Untersuchungen zum Materialtransport von einer Planetenoberfläche (auch der Erde) zum Planetenkern sowie für Berechnungen der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von flüssigem Eisen unter hohen Drücken wie im Erdkern, insbesondere im Hinblick auf mögliche Szenarien über die thermischen Zustände und die Entwicklung des Erdkerns. Mit Hilfe des Clusters konnten in mesoskopischen Simulationen bisher unverstandene Migrationszustände von Polymeren in Kapillarströmungen aufgeklärt werden sowie verbesserte (u. a. parallele) numerische Methoden für eine effektivere Modellierung der Advektion entwickelt und getestet werden. In zwei- und dreidimensionalen Simulationen konnten überraschende Konvektionszustände in Nanofluiden verstanden werden und der Cluster ermöglicht Untersuchungen von Auswirkungen klimatischer Extremereignisse auf Wälder im Mittel- und Hochgebirge.

Publications

• Direct measurement of shear-induced cross-correlations of Brownian motion. Physical Review Letters, Vol. 103.2009, Issue 23, 230602
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  T. Papenkort, T. Kuhn, V.M. Axt
  
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  M. Steinbauer, K. Dolos, B. Reineking, C. Beierkuhnlein
  
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• Simulating rotating fluid bodies: When is vorticity generation via density-stratification important? Earth and Planetary Science Letters, Vol. 317–318. 2012, Pages 1–7.
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• The effect of post-perovskite on mantle thermal and chemical evolution. Earth and Planetary Science Letters, Vol. 323–324. 2012, pp. 50–59.
  H. Samuel, N. Tosi
  
• Time-domain parallelization for computational geodynamics. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, Vol. 13. 2012, Issue 1, Q01003
  H. Samuel