Theoretische Chemie 2014

Ab-initio-Moleküldynamik

Chemische und physikalische Vorgänge sind untrennbar mit großen Längen- und Zeitskalen verbunden. Eine quantenmechanische Beschreibung eines solch vielatomigen Systems ist jedoch nur in wenigen Ausnahmen mit analytischen Methoden möglich. Stattdessen sind eine statistisch-mechanische Behandlung mit quantenmechanischen Methoden und Großrechner notwendig. Die beiden bekanntesten Ansätze sind die Monte-Carlo(MC)- und Moleküldynamik(MD)-Methode.^1_1 Letztere berechnet — durch die numerische Lösung der Newton'schen Bewegungsgleichung F_I=MR̈_I=−∇_IE(R_I) — nicht nur strukturbezogene, sondern gleichzeitig auch dynamische Eigenschaften bei endlicher Temperatur. Durch den direkten Einblick in die Echtzeitdynamik der Atome bildet die MD eine Art virtuelles Mikroskop mit atomarer Auflösung. Die dazu benötigten interatomaren Kräfte lassen sich entweder klassisch mit empirisch bestimmten Potenzialfunktionen oder alternativ on the fly basierend auf quantenmechanischen Elektronenstrukturmethoden berechnen. Dieser parameterfreie, auch Ab-initio-MD (AIMD) genannt

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