High Performance Computing-Cluster
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses zentrale Gerät für die Universität Göttingen und die in Göttingen ansässigen Institute der Max-Planck-Gesellschaft wird für eine Vielzahl von numerischen Anwendungen aus verschiedenen wissenschaftlichen Fachrichtungen genutzt. Schwerpunkte sind dabei numerische Simulationen komplexer Systeme in den Naturwissenschaften, sowie aufwändige Analysen auf Basis großer Datenbestände, zum Beispiel in der Biologie. Das System dient außerdem der Entwicklung und Erprobung neuer Verfahren zur Lösung numerischer Probleme mittels massiv parallelen Compute Ressourcen, sowie zur Vorbereitung von Anwendungen für den Einsatz auf den Höchstleistungsrechnern des Rechenzentrums Garching und des Norddeutschen Verbunds zur Förderung des Hoch- und Höchstleistungsrechnens (HLRN). Im Berichtszeitraum wurden auf dem Gerät unter anderem am Institut für Astrophysik in der Arbeitsgruppe "Astrophysikalische Kosmologie" (Prof. Niemeyer) Simulationen zur kosmologischen Strukturentstehung durchgeführt, insbesondere zur Entstehung supermassiver schwarzer Löcher und zur Galaxienentwicklung. Hierfür wurden neue Methoden zur Modellierung von Sternentstehungsprozessen entwickelt. Am Institut für physikalische Chemie (Prof. Suhm) wurden an Modellsystemen für zwischenmolekulare Wechselwirkungen quantenchemische Rechnungen mit den Programmpaketen Gaussian, Turbomole, Molpro und Orca durchgeführt, um die spektroskopischen Studien an diesen Systemen zu unterstützen. Dabei standen dispersionskorrigierte Dichtefunktionale, anharmonische Frequenzrechnungen und lokale Korrelationsmethoden im Mittelpunkt. Am Institut für theoretische Physik (Prof. Müller) hat der Computercluster wesentlich zur erfolgreichen Bearbeitung von Forschungsprojekten im Bereich der kollektiven Phänomene in Lipidmembranen (Fusion, Fission und Porenbildung), der Strukturbildung in Blockkopolymer-materialien, und des Energietransfers und der Wärmeleitung in Polymernano-strukturen beigetragen. Das übergeordnete Ziel der Projekte ist es, eine Korrelation zwischen der molekularen Architektur und dem kollektiven Verhalten der Selbstorganisation herzustellen, und somit die Strukturbildung zu steuern. Das MPI für biophysikalische Chemie (Prof. Grubmüller) untersucht mithilfe von Molekulardynamik- Simulationen die Funktionsweise von biologischen Nanomaschinen, wie z.B. Proteinen, Membrankanälen, RNA und DNA. Eine sehr interessante biologische Nanomaschine ist das Ribosom, ein makromolekularer Komplex aus RNA und Proteinen, der in allen Zellen Proteine synthetisiert. Aktuelle Forschungsprojekte zielen darauf ab, diesen "Translation" genannten Prozess besser zu verstehen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt sind die Eigenschaften von Ensembles von unstrukturierten Proteinen am Beispiel von alpha-Synuklein, dem Auslöser der Parkinson-Erkrankung. Am MPI für Sonnensystemforschung (Prof. Schüssler) wurden Simulationsrechnungen (zeitabhängige 3D-Magnetohydrodynamik mit Strahlungstransport und Ionisationsgleichgewicht) zur Untersuchung der Struktur und Dynamik von Magnetfeldern in Sternatmosphären durchgeführt. Damit konnte erstmals mit realistischen Simulationen die Wechselwirkung von konvektiven Strömungen und Magnetfeldern und die damit verbundene Strukturbildung bei anderen Sternen als der Sonne untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Three-dimensional simulations of near-surface convection in main-sequence stars. II. Properties of granulation and spectral lines. Astronomy & Astrophysics, 558, A49 (2013)
B. Beeck, R. H. Cameron, A. Reiners, and M. Schüssler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1051/0004-6361/201321345) - Beamed Lyα emission through outflow-driven cavities. Astronomy & Astrophysics, Volume 563, id.A77
Behrens, C.; Dijkstra, M. and Niemeyer, J. C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1051/0004-6361/201322949) - Large-eddy simulations of isolated disc galaxies with thermal and turbulent feedback. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 442, Issue 4, p.3407-3426
Braun, H.; Schmidt, W., Niemeyer, J. C. and Almgren, A. S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/mnras/stu1119) - The Raman spectrum of isolated water clusters. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (2014) 9849-9858
Katharina E. Otto, Zhifeng Xue, Philipp Zielke, and Martin A. Suhm
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c3cp54272f) - Alignment of copolymer morphology by planar step elongation during spinodal selfassembly. Phys. Rev. Lett. 115, 228301 (2015)
M. Müller and J. Tang
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.228301) - Dynamic contact network between ribosomal subunits enables rapid large-scale rotation during spontaneous translocation. Nucleic Acids Research 43 (14), pp. 6747-6760 (2015)
Bock, L. V.; Blau, C.; Vaiana, A. C.; Grubmüller, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/nar/gkv649) - Three-dimensional simulations of near-surface convection in main-sequence stars. IV. Effect of small-scale magnetic flux concentrations on centre-to-limb variation and spectral lines. Astronomy & Astrophysics, 581, A43 (2015)
B. Beeck, M. Schüssler, R. H. Cameron, and A. Reiners
(Siehe online unter https://doi.org/10.1051/0004-6361/201525874) - A combined cryo-EM and molecular dynamics approach reveals the mechanism of ErmBL-mediated translation arrest. Nat Commun. 2016 Jul 6;7:12026
Arenz, S.; Bock, L. V.; Graf, M.; Innis, C. A.; Beckmann, R.; Grubmüller, H.; Wilson, D. N.; Vaiana, A. C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms12026) - Control over the hydrogen bond docking site in anisole by ring methylation. Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 1921-1924
Hannes C. Gottschalk, Jonas Altnöder, Matthias Heger, Martin A. Suhm
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201508481) - Thermodynamics and kinetics of defect motion and annihilation in the self-assembly of lamellar diblock copolymers. Macromolecules 49, 6126 (2016)
W.H. Li and M. Müller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b01088)
