Konfigurations-Pfadintegral-Monte-Carlo-Zugang zu thermodynamischen Eigenschaften dichter Plasmen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Bonitz
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229818596

Im Zentrum des Projektes stehen die thermodynamischen Eigenschaften dichter Quantenplasmen. Trotz aller Fortschritte auf dem Gebiet der numerischen Simulation existiert nach wie vor keine First-principle-Methode, die im gesamten Dichte-Temperaturbereich akkurat und effizient funktioniert. Der Grund ist das fermionische Vorzeichenproblem, dass die Behandlung der Elektronen stark erschwert. Die kürzlich von uns entwickelte Konfigurations-Pfadintegralmethode (CPIMC) bietet hier einen neuen Ansatz. Für Testsysteme aus einigen $10$ Teilchen bei geringer Kopplung und starker Entartung konnten wir zeigen, dass exakte Simulationen dort möglich sind, wo Standardverfahren wie direktes fermionisches PIMC (DPIMC) versagen. Damit gelang uns kürzlich ein Durchbruch bei der ab-initio-Beschreibung des homogenen Elektronengases -- einer zentralen Komponente für Warme Dichte Materie und dichte Quantenplasmen. Gleichzeitig konnten wir zeigen, dass bisherige fermionische Simulationsverfahren wie etwa restricted PIMC überraschend ungenau und unzuverlässig sind und revidiert werden müssen.Das Projekt hat die systematische Weiterentwicklung von CPIMC zum Ziel. Wir wollen die Methode auf größere Teilchenzahlen und hin zu moderaten Kopplungsstärken erweitern, zum makroskopischen Grenzfall extrapolieren und, in der Perspektive, auf dichte Quantenplasmen anwenden. Aufgrund der festgestellten Komplementarität von DPIMC und CPIMC erwarten wir, dass eine Kombination beider Methoden erfolgreiche First-principle-Simulationen von Quantenplasmen in einem breiten Dichte- und Temperaturbereich ermöglichen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen