Ab-initio-Simulationen von planetaren Mantelgesteinen und Eisen unter extremen Bedingungen

In diesem Projekt werden die thermodynamischen, magnetischen und Transporteigenschaften von Gesteinsmaterialien sowie Eisen unter extremen Bedingungen berechnet, wie sie im Inneren von Supererden vorkommen: Drücke bis zu 1 TPa und Temperaturen bis zu 20 000 K. Im Vordergrund stehen die prototypischen Materialien MgO, FeO und reines Eisen. Dazu wird eine Ab-initio-Methode verwendet, die die elektronischen und magnetischen Eigenschaften auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie (DFT) und die Ionendynamik im Rahmen von klassischen Molekulardynamik-Simulationen (MD) behandelt. Diese DFT-MD-Methode hat sich für die theoretische Beschreibung von Materie unter extremen Bedingungen als sehr erfolgreich erwiesen und wird deshalb in den Teilprojekten 1--3 verwendet, so dass sich in der Forschergruppe starke Synergien hinsichtlich der theoretischen Methoden und Modelle ergeben. In Teilprojekt 2 werden wir hauptsächlich Fragestellungen zur Wärmeleitfähigkeit dieser Materialien bearbeiten. Wir werden die Wärmeleitfähigkeit von festem Eisen unter Erdkernbedingungen berechnen und mit Experimenten vergleichen. Außerdem soll der Einfluss der B1-B2-Übergänge in MgO und FeO auf die Wärmeleitfähigkeit untersucht werden. Es werden dabei systematisch die Beiträge sowohl von Elektronen als auch von Ionen (Phononen) berücksichtigt. Im Fall von MgO wird parallel dazu ein Experiment in Zusammenarbeit mit Teilprojekt 7 zum direkten Vergleich durchgeführt. Die berechneten Materialeigenschaften werden im Teilprojekt 4 zur Modellierung von Supererden verwendet.

DFG-Verfahren Forschungsgruppen

Teilprojekt zu FOR 2440:  Materie im Inneren von Planeten - Hochdruck-, Planeten- und Plasmaphysik

Mitverantwortliche Dr. Martin French; Zuzana Konopkova, Ph.D.; Dr. Gerd Steinle-Neumann