Overview

Das Buch behandelt Methoden des wissenschaftlichen Rechnens in der Moleküldynamik, einem Bereich, der in vielen Anwendungen der Chemie, der Biowissenschaften, der Materialwissenschaften, insbesondere der Nanotechnologie, sowie der Astrophysik eine wichtige Rolle spielt. Es führt in die wichtigsten Simulationstechniken zur numerischen Behandlung der Newtonschen Bewegungsgleichungen ein. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der schnellen Auswertung kurz- und langreichweitiger Kräfte mittels Linked Cell-,   P$/\3$M-, Baum- und Multipol-Verfahren, sowie deren paralleler Implementierung und Lastbalancierung auf Rechensystemen mit verteiltem Speicher. Die einzelnen Kapitel beinhalten darüberhinaus detailierte Hinweise, um die Verfahren Schritt für Schritt in ein Programmpaket umzusetzen. In zahlreichen farbigen Abbildungen werden Simulationsergebnisse für eine Reihe von Anwendungen präsentiert.

Full Product Details

Author:   Michael Griebel ,  Stephan Knapek ,  Gerhard Zumbusch ,  Attila Caglar
Publisher:   Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. KG
Imprint:   Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K
Edition:   2004 ed.
Dimensions:   Width: 15.50cm , Height: 2.80cm , Length: 23.50cm
Weight:   0.780kg
ISBN:  

9783540418566

ISBN 10:   3540418563
Pages:   480
Publication Date:   04 September 2003
Audience:   Professional and scholarly ,  Professional & Vocational
Format:   Paperback
Publisher's Status:   Active
Availability:   Out of stock  
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Language:   German

Table of Contents

1 Computersimulation - eine Schlusseltechnologie.- Von der Schroedingergleichung zur Molekuldynamik.- Die Schroedingergleichung.- Eine Herleitung der klassischen Molekuldynamik.- TDSCF-Ansatz und Ehrenfest-Molekuldynamik.- Entwicklung in adiabatischer Basis.- Beschrankung auf den Grundzustand.- Approximation der Potentialenergie-Hyperflache.- Ein Ausblick auf ab initio Molekuldynamik-Verfahren.- Das Linked-Cell-Verfahren fur kurzreichweitige Potentiale.- Die Zeitdiskretisierung - das Stoermer-Verlet-Verfahren.- Implementierung des Basisalgorithmus.- Der Abschneideradius.- Das Linked-Cell-Verfahren.- Implementierung der Linked-Cell-Methode.- Erste Anwendungsbeispiele und Erweiterungen.- Zusammenstoss zweier Koerper I.- Zusammenstoss zweier Koerper II.- Dichteunterschied.- Rayleigh-Taylor-Instabilitat.- Rayleigh-Benard-Stroemung.- Oberflachenwellen in granularen Materialien.- Thermostate, Ensembles und Anwendungen.- Thermostate und Equilibrierung.- Statistische Mechanik und thermodynamische Groessen.- Phasenubergang von Argon im NVT-Ensemble.- Das Parrinello-Rahman-Verfahren.- Phasenubergang von Argon im NPT-Ensemble.- Parallelisierung.- Parallelrechner und Parallelisierungsstrategien.- Gebietszerlegung fur die Linked-Cell-Methode.- Implementierung.- Leistungsmessung und Benchmark.- Anwendungsbeispiele.- Zusammenstoss zweier Koerper.- Rayleigh-Taylor-Instabilitat.- Erweiterung auf kompliziertere Potentiale und Molekule.- Mehrkoerperpotentiale.- Rissbildung in Metallen - Finnis-Sinclair-Potential.- Phasenumwandlung in Metallen - EAM-Potential.- Fullerene und Nanoroehren - Brenner-Potential.- Potentiale mit festen Nachbarschaftsstrukturen.- Einfuhrungsbeispiel: Membranen und Minimalflachen.- Lineare molekulare Systeme.- Ausblick auf kompliziertere Molekule.- Zeitintegrationsverfahren.- Fehler der Zeitintegration.- Symplektische Verfahren.- Multiple Zeitschrittverfahren - das Impuls-Verfahren.- Zwangsbedingungen - der Rattle-Algorithmus.- Gitterbasierte Methoden fur langr eichweit ige Potentiale.- Loesung der Potentialgleichung.- Randbedingungen.- Die Potentialgleichung und ihre Zerlegung.- Zerlegung der potentiellen Energie und der Krafte.- Kurz- und langreichweitige Energie- und Kraftanteile.- Der kurzreichweitige Anteil - Linked-Cell-Methode.- Der langreichweitige Anteil - schnelle Poissonloeser.- Einige Varianten.- Die Smooth-Particle-Mesh-Ewald-Methode (SPME).- Der kurzreichweitige Anteil.- Der langreichweitige Anteil.- Implementierung der SPME-Methode.- Anwendungsbeispiele und Erweiterungen.- Rayleigh-Taylor-Instabilitat mit Coulomb-Potential.- Phasenubergang in ionischen Mikrokristallen.- Wasser als molekulares System.- Parallelisierung.- Parallelisierung der SPME-Methode.- Implementierung.- Leistungsmessung und Benchmark.- Anwendungsbeispiel: Die Struktur des Universums.- Baumverfahren fur langr eichweitige Potentiale.- Reihenentwicklung des Potentials.- Baum-Strukturen fur die Zerlegung des Fernfelds.- Partikel-Cluster-Wechselwirkungen und das Barnes-Hut-Verfahren.- Verfahren.- Implementierung.- Anwendungen aus der Astrophysik.- Parallele Baumtechniken.- Eine Implementierung mit Schlusseln.- Dynamische Lastverteilung.- Datenverteilung mit raumfullenden Kurven.- Anwendungen.- Verfahren hoeherer Ordnung.- Implementierung.- Parallelisierung.- Cluster-Cluster-Wechselwirkung und das schnelle Multipolverfahren.- Verfahren.- Implementierung.- Fehlerabschatzung.- Parallelisierung.- Vergleich und Ausblick.- Anwendungen aus Biochemie und Biophysik.- Trypsininhibitor des Rinderpankreas.- Membranen.- Peptide und Proteine.- Protein-Ligand-Komplex und Bindung.- Ausblick.- A Anhang.- A.1 Newtonsche, Lagrangesche und Hamiltonsche Gleichungen.- A.2 Hinweise zur Programmierung und Visualisierung.- A.3 Parallelisierung mit MPI.- A.4 Maxwell-Boltzmann-Verteilung.- A.5 Simulationsparameter.

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