Nanostrukturen in eingeschränkten Geometrien sind in den vergangenen Jahren zu einem immer beliebteren Forschungsgebiet geworden. Obwohl durch immer feinere experimentelle Messmethoden viele physikalische Größen Nanometer großer Objekte wie deren struktureller, elastischer und Phasen Eigenschaften zugänglich sind, stecken viele Methoden der theoretische Physik zur Beschreibung solcher Systeme noch in ihren Kinderschuhen. Dies liegt unter anderem daran, dass diese Systeme zu klein (nicht über das thermodynamische Limes mit unendlich vielen Teilchen beschreibbar) bzw. zu groß (mehr als 2-5 Teilchen) für analytische Methoden sind.
Hier kommen Computersimulationen ins Spiel, die je nach Modell und Genauigkeit, Systeme von wenigen bis zu Millionen von Teilchen behandeln können.


Unsere Forschungen im Bereich Nanostrukturen sind in den Sonderforschungsbereich 1214 "Anisotropic Particles as Building Blocks: Tailoring Shape, Interactions and Structures" mit den Projekten A4 und B4 eingebunden. Daneben sind unsere Forschungsaktivitäten sehr eng mit dem Sonderforschungsbereich 767 "Controlled nanosystems" (ehemalige Projekte A06 und C07) und dem ehemaligen COST Programm COST-MolSimu "Forging the missing link: from Molecular Simulations to Nanoscale Experiments" verzahnt.
Unsere wissenschaftlichen Ziele reichen von der Struktur und Leitwertanalyse von atomaren Kontakten über die strukturellen und elektronischen Eigenschaften Clustern mit und ohne äußerer Felder und die Eigenschaften von Kolloiden unterschiedlicher Formen und äußerer Einschränkungen wie Geometrien oder externer Felder bis hin zur Sternentstehung und Kollisionen von Galaxien. Hierfür werden moderne numerische Methoden wie Monte Carlo, Pfad Integral Monte Carlo, Molekular Dynamik, Dichtefunktionaltheorie, Nichtgleichgewichts-Greensfunktionsformalismus, Smoothed Particle Hydrodynamics sowie Skalierungstechniken endlicher Systemgrößen.
Viele wichtige Ergebnisse in diesen Bereichen waren und sind nur durch die Unterstützung von Supercomputer Zentren (NIC/Jülich, HLRS/Stuttgart, SSC/Karlsruhe) mögliche.


Elektronische Struktur von atomaren und molekularen Systemen


Vielteilchen Phänomene in Nanobrücken, Legierungen und Membranen


Struktur und Transport in Kolloiden und magnetischen Systemen


Astrophysikalische Simulationen von Sternen und Galaxien