Masterand/in (w/m/d) - Chemie, Materialwissenschaften, Physik o. ä.

Im Bereich der kondensierten Materie liegt eine entscheidende Herausforderung in der rigorosen Beschreibung chemischer Phänomene. Eine effiziente rechnerische Charakterisierung der elektronischen Struktur ist unerlässlich, um unser Verständnis des Verhaltens von Materialien zu verbessern. Quantencomputer ermöglichen effiziente Simulationen von quantenmechanischen Systemen. Folglich wird erwartet, dass die Verwendung von Quantensimulationen zur Vorhersage elektronischer Systeme den Weg zur Erforschung von Diffusionswegen, Energiebarrieren und Geschwindigkeitskonstanten ebnen wird. Unter diesen Voraussetzungen besteht die Aussicht, eine noch nie dagewesene Genauigkeit auf atomarer Ebene zu erreichen.

Nicht-adiabatische gemischte quantenklassische dynamische Methoden gehören zu den Berechnungstechniken in der Quantenchemie und kondensierten Materie, um die Zeitentwicklung der elektronischen Wellenfunktion uüber mehrere elektronische Zustände zu untersuchen. Solche Prozesse werden modelliert, indem die Kopplung zwischen elektronischen und nuklearen Zuständen berücksichtigt wird, die jenseits der adiabatischen Beschreibung existiert. Bei diesen Ansätzen wird die Ausbreitung der elektronischen Wellenfunktion quantenmechanisch behandelt, während die der Kernwellenfunktion klassisch betrachtet wird. Ziel ist es, diese beiden Ausbreitungen auf einem klassischen und einem Quantencomputer zu partitionieren und hybrid zu simulieren.

Dieser hybride Ansatz bietet ein Framework für die Simulation von nicht-adiabatischen Quantenphänomenen. Ziel der Arbeit ist die Erweiterung einer gemischten quantenklassischen dynamischen Methode auf der Grundlage eines bestehenden fiktiven Modells auf reale Anwendungen (H2, H2O, HCl-Dissoziation). Der/die Student/in wird die elektronischen Eigenschaften der molekularen Systeme charakterisieren, indem die Population der elektronischen Zustände analysiert werden, die an nicht-adiabatischen Prozessen beteiligt sind.

Die Arbeit wird doppelt betreut durch einen Chemie-Ingenieur mit jahrelanger Erfahrung in der klassischen Simulation von nicht-adiabatischer Molekulardynamik, welcher beratend für Anwendungsfälle zur Verfügung steht sowie einen Physiker mit umrangreicher Expertise in der Quantensimulation dynamischer Prozesse, welcher den algorithmischen Teil der Arbeit anweisen wird. Die Betreuung und Durchführung der Abschlussarbeit erfolgt in englischer Sprache.