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Department Chemie
Dynamics of Condensed Matter (DCM)
Prof. Dr. Thomas D. Kühne
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Forschung

Chemische und physikalische Vorgänge sind untrennbar mit großen Längen- und Zeitskalen verbunden. Eine zumindest teilweise quantenmechanische Beschreibung eines solch vielatomigen Systems ist nur in wenigen Ausnahmefällen mit analytischen Methoden möglich. Stattdessen ist eine statistisch-mechanische Behandlung mit quantenmechanischen Methoden notwendig, die dann mit Hilfe moderner Großrechner gelöst werden kann. Die Hauptaufgabe liegt darin, numerische Methoden zu entwerfen und in Form von Computerprogrammen zu implementieren, die durch geschickte Approximationen eine möglichst effiziente Lösung erlauben, aber gleichzeitig die Chemie und Physik des ursprünglichen Systems korrekt wiedergeben. Unser Hauptaugenmerk liegt jedoch nicht nur in der alleinigen Entwicklung neuer Simulationsmethoden, sondern gleichzeitig auch auf der Bearbeitung relevanter Fragestellungen der Chemie, Biophysik und Materialwissenschaften. Insbesondere befassen wir uns mit der Untersuchung wasserstoffreicher Systeme in kondensierten Phasen (Flüssigkeiten, Festkörper und supramolekulare Systeme). Im speziellen beschäftigen wir uns zur Zeit mit flüssigem Wasser, der Wasseroberfläche und Wasser in eingeschränkten Geometrien, sowie mit biologisch relevanten Reaktionen in Wasserlösung und auf Wasseroberflächen. Des Weiteren befassen wir uns mit wasserstoffreichen Festkörpern wie zum Beispiel Eis und metallischem Wasserstoff bei sehr hohen Drücken.

Der aktuelle Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Verfahren zur Beschleunigung der Ringpolymer-Pfadintegral-Molekulardynamikmethode und deren Kombination mit genauen Elektronenstrukturmethoden zur parameterfreien Berechnung der Quantendynamik und zur Simulation von Schwingungsspektroskopiemethoden wie IR, Raman und SFG Spektroskopien. Mit Hilfe des sogenannten ``Ringkontraktionsverfahrens'' lassen sich mit klassischen Kraftfeldern bereits äusserst komplexe Systeme unter Berücksichtigung der harmonischen und anharmonischen Nullpunktsenergie, sowie quantenmechanischer Tunneleffekte, mit nur...

Die Anwendung der von uns entwickelten Simulationsmethoden auf relevante Fragestellungen der Chemie, Physik, Materialwissenschaften und Biophysik ist oberste Präamisse, einerseits als letztendliche Demonstration ihrer Nützlichkeit für das Verständnis und Vorhersagen neuer Phänomene und andererseits als Inspiration für neue methodische Entwicklungen. Allgemein befassen sich die aktuellen und geplanten Forschungsvorhaben mit komplexen Systemen in kondensierten Phasen, insbesondere mit Flüssigkeiten, Flüssig/Fest-Grenzflächen und Festkörpern. Während bei letzteren die kovalenten Bindungen...

Gruppenleitung

Prof. Dr. Thomas Kühne

Technische Chemie - Arbeitskreis Kühne

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Thomas Kühne
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