Die Verteidigung der Dissertationsarbeit von Armin Bergermann (Theoretische Physik, AG Prof. Dr. Redmer) findet als Hybrid-Veranstaltung statt:
Anmeldungen für eine Online-Teilnahme bitte bis zum 18. April 2024 unter verteidigungen.physikuni-rostockde anfragen.
Abstract
Exploring the properties of hydrogen, helium, and oxygen and their mixtures is a subject of considerable interest. While these elements are well understood under typical pressure and temperature conditions on Earth, their behaviour under the extreme pressure and temperature conditions relevant to giant planets remains unknown. This work addresses key aspects of this challenge. The miscibility gap of hydrogen and helium is investigated through Monte-Carlo simulations using classical two-body interaction potentials. We make predictions of the miscibility gap of hydrogen and water with classical Monte-Carlo methods and ab initio simulations by evaluating differences in the free enthalpy. A combined approach using density functional theory (DFT) and molecular dynamics (MD) is employed to calculate the equation of state. DFT-MD simulations typically treat the ions as classical particles, neglecting the quantum effects of nuclear motion (NQE). This work, however, reintroduces the NQEs of the ionic motion using a post-processing method that calculates the difference between the quantum harmonic and the classical oscillator for each frequency interval in the power spectrum of nuclear motion. Finally, we use the coupling constant integration technique to calculate the non-ideal entropy. This comprehensive investigation sheds light on the interplay between hydrogen and water under extreme pressure and temperature conditions. A significant miscibility gap is found at pressure and temperature conditions relevant for giant planets.
Die Erforschung der Eigenschaften von Wasserstoff, Helium, und Sauerstoff sowie ihrer Mischungen sind ein Thema von großem Interesse. Während diese Elemente unter typischen Druck- und Temperaturbedingungen auf der Erde gut verstanden sind, bleibt ihr Verhalten unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen, die für Riesenplaneten relevant sind, in großen Teilen unbekannt. Diese Arbeit befasst sich mit Schlüsselaspekten dieser Herausforderung. Die Mischbarkeitslücke von Wasserstoff und Helium wird durch Monte-Carlo-Simulationen unter Verwendung klassischer Wechselwirkungspotentiale untersucht. Die Vorhersage der Mischbarkeitslücke von Wasserstoff und Wasser wurde mit zwei verschiedenen Ansätzen durchgeführt: klassischen Monte-Carlo-Methoden und Ab-initio-Simulationen mit Auswertung von Unterschieden in der freien Enthalpie. Zur Berechnung der Zustandsgleichung wird ein kombinierter Ansatz aus Dichtefunktionaltheorie (DFT) und Molekulardynamik (MD) verwendet. In DFT-MD-Simulationen werden die Ionen typischerweise als klassische Teilchen behandelt, wobei die Quanteneffekte der Kernbewegung (NQE) vernachlässigt werden. In dieser Arbeit werden die NQEs der Ionenbewegung mithilfe einer Nachbearbeitungsmethode wieder eingeführt. Diese Methode berechnet die Differenz zwischen dem quantenharmonischen und dem klassischen Oszillator für jedes Frequenzintervall im Spektrum der Kernbewegung. Schließlich wird die Kopplungskonstantenintegrationstechnik verwendet, um die nicht ideale Entropie zu berechnen. Diese umfassende Untersuchung betrachtet das Zusammenspiel von Wasserstoff und Wasser unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen und weist eine erhebliche Mischbarkeitslücke bei den für Riesenplaneten relevanten Druck- und Temperaturbedingungen nach.
Interessenten sind herzlich eingeladen!