Auxiliary field quantum Monte Carlo in der PAW Methode

Projekt: Forschungsförderung

Projektdetails

Abstract

Dichtefunktionaltheorie (DFT) ist ohne Zweifel die am besten etablierte Methode, um Vorhersagen über Festkörper und Materialien zu machen. Das liegt daran, dass die Methode einerseits sehr effizient, anderseits doch relativ genau ist. Die bekannten Näherungen für das Dichtefunktional führen aber sehr oft zu unkontrollierbaren Fehlern, vor allem dann, wenn chemische Abläufe stattfinden, also Bindungen gebrochen oder neuformiert werden. Unter anderem werden die so wichtigen Energiebarrieren in katalytischen Vorgängen oft ungenau beschrieben Daher wird seit vielen Jahren an Methoden gearbeitet, welche es erlauben die exakte Wellenfunktion und exakte Energie der Vielelektronen Schrödingergleichung zu bestimmen. Dies ist aber ein ausgesprochen schwieriges Unterfangen, da die Wellenfunktion so komplex und vielschichtig ist, dass selbst die leistungsfähigsten Supercomputer der Welt diese nicht darstellen bzw. speichern können. Der zweite wichtige Gesichtspunkt, den es zu berücksichtigen gilt, ist dass die Rechenleistung der genannten Supercomputer zwar stetig wächst, dies aber nicht mehr durch einen Leistungszuwachs der einzelnen Prozessoren, sondern durch eine Steigerung der Anzahl der Prozessoren erreicht wird. Die beiden genannten Probleme lassen sich eigentlich nur mit Monte-Carlo Verfahren schlüssig lösen.

In diesem Proposal soll die sogenannte auxiliary field quantum Monte Carlo (AF-QMC) Methode für Fermionen umgesetzt und damit Materialeigenschaften vorhergesagt werden. Diese Methode ist noch relativ neu und wenig verbreitet, besitzt aber zahlreiche Eigenschaften, welche sie besonders attraktiv machen. Einerseits sind die einzelnen Rechenschritte sehr elementar, eben nicht unähnlich denen in der genannten Dichtefunktionaltheorie, womit der Speicherbedarf gering bleibt. Andererseits lassen sich die einzelnen Berechnungen einfach auf tausende von Prozessoren verteilen, womit der Algorithmus ideal für Supercomputers der nächsten Generation geeignet ist (Österreich ist gerade Mitglied von PRACE geworden und hat damit auch Zugriff auf solche Rechner).

Nach erfolgter Umsetzung und ausführlichen Test der Methode an einfachen Festkörpern, werden wir diese auf prototypische, aber wichtige Problemstellungen anwenden. Wir wollen uns auf die für die Katalyse wichtige Adsorption von Molekülen auf Festkörpern sowie auf korrelierte Festkörper, welche mit traditionellen Methoden im Moment kaum beschrieben werden können, konzentrieren.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/08/2031/07/25