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Path Integral Techniques in Molecular Dynamics Simulations of Open Boundary Systems
Agarwal, Animesh

Main titlePath Integral Techniques in Molecular Dynamics Simulations of Open Boundary Systems
Title variationsPfadintegral-Molekulardynamikmethoden in der Simulation offener Systeme
Author(s)Agarwal, Animesh
Place of birth: Meerut, India
1. RefereeProf. Christof Schuette
Further Referee(s)Prof. Carsten Hartmann
KeywordsMultiscale Simulations; Open Boundary Systems; Path Integral Molecular Dynamics
Classification (DDC)530 Physics
SummaryMit der von Richard Feynman entwickelte Pfadintegral (PI)-Formulierung k\"{o}nnen Kern-Quanteneffekte, die durch die Delokalisierung leichter Atomkerne auftreten, mit den Methoden der Molekulardynamik (MD) behandelt werden. Allerdings ist PIMD aufgrund des hohen Rechenaufwands auf kleine Systeme und kurze Zeitskalen beschr\"{a}nkt. In dieser Dissertation wird eine Erweiterung der k\"{u}rzlich entwickelten ``Grand Canonical AdResS''-Methode (GC-AdResS) durch verschiedene PIMD-Algorithmen behandelt. Hierbei wird der PI-Formalismus auf eine relativ kleine Region angewandt, die in eine grosses Reservoir eingebettet ist, in dem die gleichen Molek\"{u}le in einem ``coarse-grained''-Model behandelt werden.
Um die strukturellen und dynamischen Eigenschaften in dem Quantengleichgewicht zu berechnen, m\"{u}ssen zun\"achst diese Eigenschaften f\"{u}r offener Systeme definiert werden.
Hierzu zeigen wir die Genauigkeit der GC-AdResS in Verbindung mit klassischen MD, indem wir das chemische \"{U}berschusspotential berechnen. Wir zeigen die Entsprechung zwischen dem Bergmann-Lebowitz (BL) Modell f\"{u}r offener Systeme und GC-AdResS, und verwenden die Prinzipien des BL-Modells, um die Gleichgewichts-Zeitkorrelationfunktionen f\"{u}r offener Systeme zu definieren. Diese berechnen wir f\"ur fl\"{u}ssiges Wasserd und zu zeigen, dass GC-AdresS die gleichen Ergebnisse wie MD bei vollst\"{a}ndig atomistischer Aufl\"{o}sung ergibt.
In der Pfadintegral-Formulierung wird jedes Atom als Ring von ``fiktiven'' klassischen Partikeln repr\"asentiert. Somit k\"{o}nnen wir die zuvor entwickelten theoretischen Konzepte anwenden, um die Quanteneigenschaften von Wasser zu untersuchen. Hierzu kombinieren wir GC-AdResS mit drei verschiedene PI-Methoden: PIMD, ``Ring-polymer'' MD (RPMD) und ``Centroid''-MD (CMD). Wir zeigen, dass die Ergebnisse aller drei Methoden mit denen einer reinen PI-Simulation konsistent sind.
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PDF-Datei von FUDISS_thesis_000000103020
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Number of pagesxvi, 109 Seiten
FU DepartmentDepartment of Mathematics and Computer Science
Year of publication2016
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2016-09-22
Created at2016-09-23 : 07:47:46
Last changed2016-09-23 : 07:53:57
 
Static URLhttp://edocs.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000103020
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000103020-4
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