Linux-Cluster mit SAN-Erweiterung
Final Report Abstract
Die elektronischen und magnetischen Eigenschaften metallischer Cluster, Nanopartikel, niedrigdimensionaler Systemen und Nanostrukturen wurden mit Hilfe verschiedener theoretischer Methoden untersucht. Das Wechselspiel zwischen struktureller und magnetischer Ordnung in kleinen Cluster aus binären Legierungen wurde quantifiziert. Damit konnten verschiedene, bisher ungeklärte experimentelle Resultate am Beispiel von CoPt Cluster in Einklang gebracht werden. Die Möglichkeit, die magnetischen Austauschwechselwirkungen zwischen Clustern und Atomen an metallischen Oberflächen mittels statischer elektrischer Felder zu manipulieren, wurde nachgewiesen. Die Rolle der experimentell unvermeidbaren Unordnung in Ensembles magnetischer Nanopartikel wurde aus der Perspektive der magnetischen Energielandschaften mit Hilfe statistischen Methoden untersucht. Eine qualitative Änderung der Dynamik als Funktion des Grades der Unordnung wurde nachgewiesen. Eine neue Dichte-Funktional-Theorie stark korrelierter Fermionen in periodischen Gittern wurde entwickelt. Die Methode wurde beim repulsiven und attraktiven Hubbard-Model sowie beim Anderson Model angewandt und quantitativ erfolgreich mit exakten Diagonalisierungsmethoden verglichen. Eine neue elektronische Theorie der laserinduzierten ultraschnellen Demagnetisierung von Übergangsmetallen wurde entwickelt und erfolgreich am Beispiel von Ni angewandt. Dabei konnte der Mechanismus für den grundlegenden Drehimpulstransfer aus den elektronischen Spinfreiheitsgraden zum Gitter mikroskopisch und im Einklang mit Pump-and-Probe-Experimenten erklärt werden. Die Wechselwirkung zwischen Femtosekundenlaserpulsen und kondensierter Materie wurde im Rahmen einer ab-initio Modellierung mit Hilfe des Computerprogramms Code for Highly excIted Valence Electron Systems (CHIVES) untersucht. Verschiedene Simulationen der ultraschnellen strukturellen Reaktion von Festkörpern und Nanostrukturen auf Femtosekundenlaserpulsen wurden durchgeführt. Es wurden nichtthermische Effekte wie kohärente Phononen, „phonon squeezing“, und anomale Diffusion an Si, BN-Nanoröhrchen, TiO2, Graphene und Sb vorhergesagt bzw. bestätigt. Die Eigenschaften verschiedener Elemente wie Mg, Cu und Ag in der warmen dichten Phase (d.h., einer metastabilen Phase zwischen Plasma und Festkörper) wurden mit Hilfe des Wien2k- Codes und einer frozen-phonon-Näherung untersucht. Das Schmelzen von Aluminium nach Anregung von 2p-Löchern durch ultrakurze Röntgenstrahlung wurde mit Hilfe von CHIVES und Monte-Carlo-Simulationen analysiert. Massivparallele Simulationen der Laserablation und allgemein der Laserbearbeitung von Materialien wurden mit Hilfe einer Methode durchgeführt, die das Zweitemperaturmodell für die Elektronen im Kontinuum mit MD-Simulationen für die Ionen koppelt. Es wurden Zellen mit bis zu 100 Millionen Atomen simuliert und Resultate für die Nanostrukturierung von Oberflächen in guter Übereinstimmung mit dem Experiment erhalten. Analytische effektive Potentiale wurden an die MD Simulationen des ultraschnellen Schmelzens von Si für verschiedene Laseranregungsstärken angepasst, um das kompletteste Dreikörperpotential zu finden, das laserangeregte Potentialenergieflächen beschreibt. Die optischen Eigenschaften von Bi wurden im Rahmen von ab initio Methoden bestimmt. Darüber hinaus wurden die optischen Eigenschaften von Halbleiter-Nanostrukturen im Rahmen von Nichtgleichgewichts-Greens Funktionen sowie der Boltzmann Gleichung untersucht.
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