Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

88 — Forschung Computational Materials Science Prof. Dr. Marek Sierka Forschungsschwerpunkte  Ab initio – und atomistische Methoden zur Erforschung der Struktur und Eigenschaften komplexer, nanostrukturierter Materialien. Im Fokus stehen vor allem Nanopartikel, Makromoleküle sowie Fest- körper und deren Oberflächen.  Neue Strategien zum maßgeschneiderten Design multifunktionaler Polymere und Nanopartikel mit optimierter Kompatibilität von bioabbaubarem Kern und eingeschlossenem Wirkstoff, um ein Maxi- mum an Wirkstoffaufnahmekapazität und Freisetzungseffizienz zu erreichen.  Hochgenaue Vorhersage von mechanischen, elektronischen, chemischen und optischen Eigenschaften nanostrukturierter Materialien sowie ihre Überprüfung im Hinblick auf technische Anwendungen. Die rechnergestützte Erforschung nanostruktu- rierter Materialien erfordert Rechenverfahren, die nicht nur in der Lage sind größere molekulare und ausgedehnte Systeme beliebiger Dimensio- nalität bzw. Periodizität einheitlich zu beschrei- ben, sondern auch einen ausgewogenen Kompro- miss zwischen Genauigkeit und Recheneffizienz bieten. Deshalb entwickeln wir quantenmechani- sche und atomistische Simulationsmethoden für eine einheitliche Beschreibung von Molekülen und ausgedehnten Systemen bei einem hohen Maß an numerischer Genauigkeit und Recheneffi- zienz. Quantenmechanische Methoden für große Moleküle, Oberflächen und Festkörper Die in diesem Projekt entstandene Software behandelt größere molekulare und ausgedehnte, periodische Systeme methodisch einheitlich und numerisch genau. In Verbindung mit einer effi- zienten Parallelisierung sind Dichtefunktionalthe- orie-Berechnungen von Systemen mit über tau- send Atomen möglich (Abb. 1). Zurzeit befas- sen wir uns mit der Entwicklung neuartiger Me- thoden und Algorithmen für effiziente Simulatio- nen der Licht-Materie-Wechselwirkung in großen, ausgedehnten Systemen. Łazarski R., Burow A. M., Grajciar L., Sierka M. (2016): Density functi- onal theory for molecular and periodic systems using density fitting and continuous fast multipole method: Analytical gradients. J. Com- put. Chem., DOI: 10.1002/jcc.24477. Abb. 1. Ab initio -Simulationen ausgedehnter Systeme: a) Parallele Beschleunigung für die Energie- und Gradientenberechnung des Faujasit-Zeolithen (Si 192 O 384 -Elementarzelle). b) (TiO 2 ) 545 -Nanopartikel, Energie- und Gradientenberechnung: 8 Stunden/24 CPU-Kerne. (O: rot, Si: gelb, Ti: grau).