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(Diplom- und Masterarbeiten {{german}})
 
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== Diplom- und Masterarbeiten {{german}} ==
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== Masterarbeiten {{german}} ==
  
Diplom- und Masterarbeiten können bei uns in den Bereichen ''Statistische Physik'',
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Masterarbeiten können bei uns in den Bereichen ''Statistische Physik'',
 
''Theorie und Simulation poröser Medien'', ''Fraktionale Infinitesimalrechnung''
 
''Theorie und Simulation poröser Medien'', ''Fraktionale Infinitesimalrechnung''
 
''Simulation und Theorie weicher Materie'' durchgeführt werden.
 
''Simulation und Theorie weicher Materie'' durchgeführt werden.
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Dies umfasst insbesondere Nukleation, Ferrofluide, Hydrogele sowie Polymere und Biomoleküle. Desweiteren kann sich eine Arbeit aber auch stärker an der Entwicklung von Methoden, Algorithmen und der Simulationssoftware {{es}} orientieren.
 
Dies umfasst insbesondere Nukleation, Ferrofluide, Hydrogele sowie Polymere und Biomoleküle. Desweiteren kann sich eine Arbeit aber auch stärker an der Entwicklung von Methoden, Algorithmen und der Simulationssoftware {{es}} orientieren.
  
Wer Interesse daran hat, eine Master- oder Diplomarbeit am ICP zu schreiben, der kann [[Rudolf Hilfer]],[[Olaf Lenz]], [[Christian Holm]], [[Axel Arnold]], [[Maria Fyta]], oder [[Jens Smiatek]] kontaktieren, um einen Überblick über die möglichen Themen zu bekommen. Bei Interesse an einem bestimmten der im folgenden genannten Themen kann er direkt einen der unten genannten Ansprechpartner kontaktieren.
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Wer Interesse daran hat, eine Masterarbeit am ICP zu schreiben, der kann [[Rudolf Hilfer]], [[Christian Holm]], [[Maria Fyta]], oder [[Jens Smiatek]] kontaktieren, um einen Überblick über die möglichen Themen zu bekommen. Bei Interesse an einem bestimmten der im folgenden genannten Themen kann er direkt einen der unten genannten Ansprechpartner kontaktieren.
  
 
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.
 
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.
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=== Theorien und numerische Methoden für poröse Medien ===
 
=== Theorien und numerische Methoden für poröse Medien ===
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Hilfer]]
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Hilfer]]
 
=== Portierung von langreichweitigen Elektrostatik-Lösern auf [[w:GPGPU|Grakfikprozessoren]] ===
 
Ansprechpartner: [[Axel Arnold]]
 
  
 
=== Fraktionale Ableitungen und dielektrische Relaxation ===
 
=== Fraktionale Ableitungen und dielektrische Relaxation ===
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=== Systemgrößenskalierung und Simulation von Phasenübergängen ===
 
=== Systemgrößenskalierung und Simulation von Phasenübergängen ===
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Hilfer]]
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Hilfer]]
 
=== Parameterstudien zum Einfluss vom hydrodynamischen Korrelationen auf die Dynamik von geladene Kolloiden ===
 
Ansprechpartner: [[Dominic Roehm, Axel Arnold]]
 
 
=== [[wd:Phasendiagramm|Phasendiagramm]] von nicht zentrierten [[wd:Dipol|Dipol]]en ===
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Weeber]]
 
 
=== Lösung der [[wd:Poisson-Boltzmann-Gleichung|Poisson-Boltzmann-Gleichung]] in beschränkten Geometrien ===
 
Ansprechpartner: [[Stefan Kesselheim]]
 
 
=== [[wd:Ionenkanal|Ionenkanäle]] ===
 
Ansprechpartner: [[Stefan Kesselheim]]
 
  
 
=== Magnetische Gele ===
 
=== Magnetische Gele ===
Ansprechpartner: [[Rudolf Weeber]]
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Ansprechpartner: [[Rudolf Weeber]],[[Christian Holm]]
 
 
=== Gitteralgorithmen für Probleme der Elektrohydrodynamik (GPU und CPU) ===
 
Ansprechpartner: [[Axel Arnold]]
 
  
 
=== [[wd:Ionische Flüssigkeit|Ionische Flüssigkeiten]] ===
 
=== [[wd:Ionische Flüssigkeit|Ionische Flüssigkeiten]] ===
* Dielektrisches Spektrum von Modellfluiden, Ansprechpartner: [[Florian Dommert]]
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* Coarse-grained Modelle für ionische Flüssigkeiten, Ansprechpartner: [[Christian Holm]]
* Coarse-grained Modelle für ionische Flüssigkeiten, Ansprechpartner: [[Peter Košovan]]
 
  
 
=== Mikrostrukturbildung und Phasenverhalten von kolloidalen Janus-Teilchen ===
 
=== Mikrostrukturbildung und Phasenverhalten von kolloidalen Janus-Teilchen ===
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=== Implementierung, Verbesserung und Anwendung moderner Simulationsalgorithmen in der Software {{es}} ===
 
=== Implementierung, Verbesserung und Anwendung moderner Simulationsalgorithmen in der Software {{es}} ===
Ansprechpartner: [[Olaf Lenz]]
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Ansprechpartner: [[Florian Weik]]
  
 
=== Mehrphasenströmungen in porösen Medien ===
 
=== Mehrphasenströmungen in porösen Medien ===
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Ansprechpartner: [[Rudolf Hilfer]]
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Hilfer]]
  
=== Computerbasierte statistische Untersuchung der Ausscheidungsbildung in Fe/Cu-Systemen ===
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<!--=== DNA Konformationen in eine Nanopore / DNA conformations in a nanopore  ===
 
+
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]-->
{{Download|Ausschreibung_Diplom_Master_IMWF_ICP.pdf|Ausschreibung}}
+
<!--=== Vergröbertes Potential für DNA / Coarse-grained potentials for DNA ===
 
+
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]-->
Ansprechpartner: [[Kai Kratzer]], [http://www.imwf.uni-stuttgart.de/institut/ansprechpartner/ansprechpartner.html David Molnar]
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=== Biofunktionalisierte Kohlenstoff Nanostrukturen / Biofunctionalized carbon nanostructures ===
 
 
=== Development/Benchmarking of a coarse-grained potential for DNA ===
 
 
 
A new quantum-mechanically derived DNA potential can be used for the modeling of DNA-related processes. As a first step, the potential needs to be further benchmarked and tested with respect to its stretching behavior, thermal denaturation, etc.
 
 
 
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
  
=== DNA interaction with electrodes ===
+
=== Wechselwirkung von DNA und MoS2 / Interaction of DNA with MoS2 ===
 
 
The project is relevant to DNA translocation through nanopores and how the nanopore can be used to electrically read-out the DNA nucleotides. Two different pores will be investigated:
 
* Graphene electrodes
 
* Functionalized nanopores
 
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
  
=== Defect centers in diamond ===
+
=== Dehnungseffekte auf Kohlenstoff Strukturen / Influence of strain on defective carbon nanostructures ===
 
 
Molecular Dynamics and density-functional-theory based calculations will be used to examine the thermal stability and electronic properties of defect centers in diamond. A very well studied defect is the nitrogen-vacancy center in diamond, which has enormous potential to be used as a qubit. Along these lines, a search for similar defect centers will be made.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
 
 
=== Electronic properties of doped nanostructures ===
 
Quantum mechanical simulations will be carried out to investigate the electronic structure of Carbon-based materials. These materials range from small diamond clusters, the diamondoids, up to fullerenes, nanotubes, and carbon onions. The effect of doping these nanostructures will be investigated and quantified with respect to their electronic properties.
 
 
 
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
 
=== Mechanismen der Wechselwirkung zwischen [[wd:Kompatible Solute|kompatiblen Soluten]] und Proteinen / Lipid-Membranen ===
 
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
 
 
=== Freie Energie Landschaften und Entfaltungspfade von speziellen [[wd:G-Quadruplex|DNA-Strukturen]] ===
 
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
 
 
=== Untersuchung der Auswirkungen der Beschränkung des Phasenraums auf die Faltung von Proteinen ===
 
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
 
 
=== Simulationen zur Auswirkung von hydrodynamischen und elektrostatischen Wechselwirkungen auf die Protein-Entfaltung  ===
 
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
 
  
 
== Bachelorarbeiten {{german}} ==
 
== Bachelorarbeiten {{german}} ==
  
Die folgenden Themen von Bachelorarbeiten sind momentan am ICP zu vergeben. Wer gerne in unserem Bereich eine Bachelorarbeit schreiben möchte aber bei den folgenden Themen kein geeignetes Thema finden kann, der kann Kontakt mit [[Christian Holm]], [[Rudolf Hilfer]], [[Axel Arnold]], [[Olaf Lenz]], [[Maria Fyta]], oder [[Jens Smiatek]] aufnehmen und nach weiteren Themen fragen.
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Die folgenden Themen von Bachelorarbeiten sind momentan am ICP zu vergeben. Wer gerne in unserem Bereich eine Bachelorarbeit schreiben möchte aber bei den folgenden Themen kein geeignetes Thema finden kann, der kann Kontakt mit [[Christian Holm]], [[Rudolf Hilfer]], [[Maria Fyta]], oder [[Jens Smiatek]] aufnehmen und nach weiteren Themen fragen.
  
 
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.
 
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.
  
=== Poisson-Boltzmann-Löser in beschränkten Geometrien  ===
+
=== Electrophorese von Polyelektrolyten mittels eines elektrokinetischen Lösers auf Basis des Gitter-Boltzmann Algorithmus (LB) ===
Die [[wd:Poisson-Boltzmann-Gleichung|Poisson-Boltzmann-Gleichung]] beschreibt die [[wd:Ion|Ionen]]verteilung um geladene Objekte. Sie wird standardmäßig in biomolekularen Simulationen, z.B. zur Berechnung von [[wd:freie Energie|freien Energien]] benutzt, sowie in der Simulation von geladener weicher Materie verwendet, wie beispielsweise von [[wd:Desoxyribonukleinsäure|DNS]]-Strängen oder ladungsstabilisierten [[wd:Kolloid|Kolloiden]]. In dieser Arbeit soll die PB-Gleichung mit Hilfe des PDE-Lösers des Softwarepaketes [http://www.dune-project.org/ Dune] mittels der [[wd:Finite-Elemente-Methode|Finite-Elemente-Methode]] gelöst werden. Die Ionenverteilungen verschiedener Modellgeometrien sollen untersucht und mit Hilfe expliziter [[wd:Molekulardynamik|Molekulardynamik]]-Simulationen im Softwarepaket {{ES}} überprüft werden.
 
  
Ansprechpartner: [[Stefan Kesselheim]]
+
Beim Transport von geladenen Polymer wie  z.B. [[wd:Desoxyribonukleinsäure|DNS]] spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine große Rolle. In diesem Projekt soll die sogenannte elektrophoretische Mobilität von Polyelektrolyten wie eventuell auch Kolloiden mit [[wd:Molekulardynamik|molekulardynamischen Simulationen]] unter Benutzung eines Gitteralgorithmus auf der Basis der Gitter-Boltzmann Methode untersucht werden, um so die wissenschaftliche Grundlage für ein genaues Verständnis dieses Prozesses zu legen.  Das zugrundeliegende Softwarepaket wird {{ES}} und eventuell waLBerla sein.
  
=== Parameterstudien zur Translokation von Biomolekülen durch Nanoporen ===
+
Ansprechpartner: [[Christian Holm]] oder [[Florian Weik]]
In den letzten Jahren ist es möglich geworden, künstliche Nanoporen als Sonden in der Welt einzelner Makromoleküle zu benutzen. Bei dem Transport dieser Moleküle durch die Pore spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine große Rolle, weil fast alle Biomoleküle (z.B. [[wd:Desoxyribonukleinsäure|DNS]] stark geladen sind. In diesem Projekt soll die Rolle der elektrostatischen Wechselwirkung für diesen Prozess mit [[wd:Molekulardynamik|molekulardynamischen Simulationen]] untersucht werden, um so die wissenschaftliche Grundlage für ein genaues Verständnis dieses Prozesses zu legen. Nur wenn das System gut verstanden ist, kann es letztlich - wie man sich erhofft - zur schnellen Sequenzierung von DNS genutzt werden.  Das zugrundeliegende Softwarepaket wird {{ES}} sein.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Stefan Kesselheim]]
 
 
 
=== Messung der dielektrischen Konstante in einer ionischen Flüssigkeit ===
 
Mit einem vereinfachten Modell von harten geladenen Kugeln soll im Rahmen einer [[wd:Molekulardynamik|Molekulardynamischen Simulation]] die [[wd:Dielektrizitätskonstante|statische dielektrische Konstante]] bestimmt werden, wie sie aus Messungen mittels [[wd:Dielektrische Spektroskopie|dielektrischer Spektroskopie]] bestimmt wird.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Florian Dommert]] oder  [[Axel Arnold]]
 
  
 
=== Phasenverhalten von dipolaren Flüssigkeiten ===
 
=== Phasenverhalten von dipolaren Flüssigkeiten ===
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Ansprechpartner: [[Rudolf Weeber]] oder [[Christian Holm]]
 
Ansprechpartner: [[Rudolf Weeber]] oder [[Christian Holm]]
  
 
+
<!--=== Wechselwirkung von DNA und Metalle ===
 
 
=== Vergröberte Modelle von ionischen Flüssigkeiten ===
 
 
 
Es existiert eine Klasse von [[wd:Ionische Flüssigkeit|ionische Flüssigkeiten]] mit Schmelzpunkten unterhalb 100&deg;, deren Eigenschaften als Lösungsmittel großes Interesse weckt. Da viele der Mechanismen, die den Charakter der ionischen Flüssigkeiten ausmachen, noch nicht vollständig erklärt sind, können vergröberte Modelle diese Moleküle helfen, entscheidende Faktoren zu identifizieren, um ein besseres Verständnis dieser Lösungsmittel zu ermöglichen. Eine klassische [[wd:Molekulardynamik|Molekulardynamikstudie]] entsprechender Kugelmodelle von Kationen und Anionen soll dazu dienen existierende Modelle zu validieren und gegebenenfalls diese zu erweitern, um einen ersten Einblick in das Prinzip der Molekulardynamik-Simulation, des Coarse-grainings und dem weiten Feld der ionischen Flüssigkeiten zu erhalten.   
 
 
 
Ansprechpartner: [[Florian Dommert]] oder [[Peter Košovan]]
 
 
 
=== Gitter-Boltzmann-Simulationen auf [[wd:GPGPU|Grafikprozessoren]] ===
 
 
 
Grafikprozessoren (GPUs) sind bei geeigneten Algorithmen mehr als 10 mal so schnell wie ein vergleichbarer konventioneller Prozessor. Zu diesen Algorithmen zählt z.B. die [[wd:Lattice-Boltzmann-Methode|Gitter-Boltzmann-Methode]] für [[wd:Strömungsdynamik|Strömungsdynamik]]. Diese Methode wird in unserer Arbeitsgruppe eingesetzt, um klassische Teilchen mit [[wd:Hydrodynamik|hydrodynamischen]] Wechselwirkungen zu simulieren. Dabei läuft eine [[wd:Molekulardynamik|Molekulardynamik-Simulation]] in der Software {{ES}}, während die Strömungsdynamik auf einer GPU gerechnet wird. Im Rahmen einer Bachelorarbeit sollen Performancemessungen an unserem Code vorgenommen werden, sowie dieser für den Einsatz in Multi-GPU-Umgebungen fit gemacht werden. Ein anderes Thema in diesem Bereich ist die Implementation neuer Randbedingungen, um etwa Mikrokanäle zu simulieren.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Axel Arnold]]
 
 
 
=== Leistungsvergleich verschiedener Simulationssoftware ===
 
 
 
Am ICP wird die Simulationssoftware {{es}} entwickelt, mit derene Hilfe [[wd:Molekulardynamik|Molekulardynamik-Simulationen]] durchgeführt werden können.  Es existieren verschiedene andere Simulationssoftwarepakte (z.B. [[wd:GROMACS|GROMACS]] oder [http://lammps.sandia.gov/ Lammps]]). Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen verschiedene Modellsysteme in den verschiedenen Simulationspaketen simuliert werden und Performancevergleiche zwischen den Paketen angestellt werden. Die Arbeit soll dabei helfen, Schwächen und Stärken der verschiedenen Pakete aufzudecken.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Olaf Lenz]]
 
 
 
=== Leistungsvergleich verschiedener Algorithmen zur Coulomb-Wechselwirkung ===
 
 
 
Die Berechnung der [[wd:Coulombsches Gesetz|Coulomb-Wechselwirkung]] nimmt bei [[wd:Molekulardynamik|Molekulardynamik-Simulationen]] von geladenen Systemen einen beachtlichen Teil der Rechenzeit in Anspruch. Über viele Jahrzehnte wurden und werden neue Algorithmen zur Lösung dieses Problems entwickelt. Einige dieser Algorithmen sind im Programmpaket {{ES}} implementiert. Neben kurzem Einlesen in diese Methoden sollen vor allem Simulationen verschiedener Modellsysteme zum direkten Vergleich von Genauigkeit und Performance der Methoden durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollen geeignet interpretiert und präsentiert werden.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Florian Fahrenberger]]
 
 
 
=== DNA mechanics in a salt solution===
 
The stiffness of DNA will be investigated at different scales with respect to ionic concentration and temperature. The simulations will involve a new quantum-mechanically derived potential for DNA as well as electrokinetic effects for the ions and the charges on DNA.
 
 
 
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 +
=== Übertragbarkeit von klassischen ionischen Kraftfeldern ===
 +
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]-->
 +
=== Biofunktionalisierte Kohlenstoff Nanostrukturen ===
 +
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]] oder [[Bibek Adhikari]]
  
=== Transferability of classical ionic force fields ===
+
=== Funktionalisierung/Dotierung von ultradünne MoS2 Schichten ===
 
+
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]] oder [[Ganesh Sivaraman]]
Well optimized classical ionic force fields are essential for Molecular Dynamics simulations and are relevant to the modeling of biophysical processes involving biomolecules in a salt solution. In this respect, testing the transferability of existing ionic force fields for a wide range of concentrations and various salts is important, and will be the aim of this project.
 
  
 +
<!--=== Thermische Stabilität von defekten Nanostrukturen ===
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 +
=== Elastische Eigenschaften von nicht idealen Nanostrukturen ===
 +
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]-->
 +
=== Vorhersage der Gleichgewichtsaufquellung eines Hydrogels in multivalenten Salzlösungen ===
  
=== Doping of diamondoids ===
+
Hydrogele sind Polymernetzwerke deren Volumen in Salzlösung enorm zunehmen kann. Das Schwellverhalten kann durch einige äußere Parameter beeinflusst werden. Dazu gehören der pH-Wert, Temperatur, Zusammensetzung der Salzlösung, Licht oder elektrische Felder. In dieser Bachelorarbeit soll das Schwellverhalten eines vergröberten Hydrogelmodells mit Hilfe von {{es}} untersucht werden.
  
Diamondoids are a family of tiny hydrogen-terminated diamond clusters, which were discovered recently. The aim of this project is to examine how the electronic properties of the diamondoids will be changed, when these are doped. The simulations will be carried out with a density-functional-theory based methodology. Molecular Dynamics will be used to address the thermal stability of the doped diamondoids.
+
Ansprechpartner: [[Christian Holm ]] oder [[Jonas Landsgesell]]
  
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
+
=== Untersuchung zur Entfaltung spezieller DNA Strukturen===
  
=== Coalescence of Carbon onions ===
+
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]] oder [[Ewa Anna Oprzeska-Zingrebe]]
 
 
Carbon onions are concentric fullerene structures and can be used in 3-D nanoarchitecture of novel materials. In this respect, the project will focus in ways to promote the coalescence of these structures. It will also be tested, whether dopant atoms will be essential in increasing the binding energy of adjacent carbon onions. The simulations will be carried out with Molecular Dynamics simulations. A quantum-mechanical approach can be used to calculate the electronic properties of the coalesced nanoparticles and compare these with the standing-alone carbon onions.
 
 
 
Ansprechpartner: [[Maria Fyta]]
 
  
 +
=== Simulation von Puffer-Lösungen ===
  
=== Helix-Struktur-Entstehung bei einem vergröberten Polymer unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen ===
+
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]] oder [[Julian Michalowsky]]
  
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
+
=== Chapman-Enskog-Analyse von Lattice-Boltzmann-Krafttermen ===
 +
Die [[w:Lattice Boltzmann methods|Lattice-Boltzmann-Methode]] (LB) ist ein effizientes numerisches Verfahren, um die Navier-Stokes-Gleichungen auf einem Gitter zu lösen und so Strömungsfelder zu bestimmen. Da Soft Matter oft in wässriger Lösung vorzufinden ist, benutzen die meisten unserer Simulationen dieses Verfahren.
 +
Die Boltzmanngleichung gilt auf mesoskopischen Skalen Skalen und beschreibt Wahrscheinlichkeitsverteilungen, während die Navier-Stokes-Gleichungen Impuls- und Massenflüsse betrachten. Die Äquivalenz der beiden Herangehensweisen wird durch eine [[w:Chapman–Enskog_theory|Chapman-Enskog-Expansion]] (CE) gezeigt.
  
=== Wechselwirkungen zwischen [[wd:Chaotrope Verbindung|kosmotropen / chaotropen Soluten]] und Proteinen ===
+
Es gibt unterschiedliche Wege, Kräfte in einer LB-Methode zu berücksichtigen, aber bislang keinen gründlichen Vergleich zwischen ihnen im Rahmen einer CE. Es gibt ein in Python geschriebenes Tool namens [http://pycodegen.pages.walberla.net/lbmpy/ lbmpy], das ein Computeralgebrasystem nutzt, um automatisch CEs für LBs berechnen. Dieses kann jedoch [https://i10git.cs.fau.de/pycodegen/lbmpy/-/issues/12 bislang] keine Kräfte berücksichtigen.
  
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
+
Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll die CE für LB-Kräfte aufgestellt werden. Dies ist eine primär theoretische Aufgabe, da hierzu die in der Literatur gefundenen Herangehensweisen zusammengefasst und verallgemeinert werden sollen.
 +
Anschließend wird die CE in lbmpy implementiert und auf verschiedene Kraftterme angewendet, um deren Genauigkeit und Stabilität zu bestimmen.
  
=== Untersuchung von Wassereigenschaften in Anwesenheit von [[wd:Hitzeschockproteine|Hitze/Kälte-Schock-Proteinen]] ===
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Ansprechpartner: [[Michael Kuron]], [[Rudolf Weeber]]
  
Ansprechpartner: [[Jens Smiatek]]
+
Weitere Literatur: <bibentry>krueger17a,schiller08a,bauer20b-pre</bibentry>

Latest revision as of 14:34, 1 July 2020

If you are looking for topics for a PhD thesis, have a look at Open Positions.

Masterarbeiten germany.png

Masterarbeiten können bei uns in den Bereichen Statistische Physik, Theorie und Simulation poröser Medien, Fraktionale Infinitesimalrechnung Simulation und Theorie weicher Materie durchgeführt werden.

Dies umfasst insbesondere Nukleation, Ferrofluide, Hydrogele sowie Polymere und Biomoleküle. Desweiteren kann sich eine Arbeit aber auch stärker an der Entwicklung von Methoden, Algorithmen und der Simulationssoftware ESPResSo orientieren.

Wer Interesse daran hat, eine Masterarbeit am ICP zu schreiben, der kann Rudolf Hilfer, Christian Holm, Maria Fyta, oder Jens Smiatek kontaktieren, um einen Überblick über die möglichen Themen zu bekommen. Bei Interesse an einem bestimmten der im folgenden genannten Themen kann er direkt einen der unten genannten Ansprechpartner kontaktieren.

Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.


Simulationen zur Leitfähigkeit von Polymerelektrolyten

Ansprechpartner: Christian Holm

Simulationen zur Meerwasserentsalzung mittels Hydrogelen

Ansprechpartner: Christian Holm

Theorien und numerische Methoden für poröse Medien

Ansprechpartner: Rudolf Hilfer

Fraktionale Ableitungen und dielektrische Relaxation

Ansprechpartner: Rudolf Hilfer

Systemgrößenskalierung und Simulation von Phasenübergängen

Ansprechpartner: Rudolf Hilfer

Magnetische Gele

Ansprechpartner: Rudolf Weeber,Christian Holm

Ionische Flüssigkeiten

  • Coarse-grained Modelle für ionische Flüssigkeiten, Ansprechpartner: Christian Holm

Mikrostrukturbildung und Phasenverhalten von kolloidalen Janus-Teilchen

Ansprechpartner: Christian Holm

Implementierung, Verbesserung und Anwendung moderner Simulationsalgorithmen in der Software ESPResSo

Ansprechpartner: Florian Weik

Mehrphasenströmungen in porösen Medien

Ansprechpartner: Rudolf Hilfer

Dreidimensionale Bildverarbeitung

Ansprechpartner: Rudolf Hilfer

Biofunktionalisierte Kohlenstoff Nanostrukturen / Biofunctionalized carbon nanostructures

Ansprechpartner: Maria Fyta

Wechselwirkung von DNA und MoS2 / Interaction of DNA with MoS2

Ansprechpartner: Maria Fyta

Dehnungseffekte auf Kohlenstoff Strukturen / Influence of strain on defective carbon nanostructures

Ansprechpartner: Maria Fyta

Bachelorarbeiten germany.png

Die folgenden Themen von Bachelorarbeiten sind momentan am ICP zu vergeben. Wer gerne in unserem Bereich eine Bachelorarbeit schreiben möchte aber bei den folgenden Themen kein geeignetes Thema finden kann, der kann Kontakt mit Christian Holm, Rudolf Hilfer, Maria Fyta, oder Jens Smiatek aufnehmen und nach weiteren Themen fragen.

Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.

Electrophorese von Polyelektrolyten mittels eines elektrokinetischen Lösers auf Basis des Gitter-Boltzmann Algorithmus (LB)

Beim Transport von geladenen Polymer wie z.B. DNS spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine große Rolle. In diesem Projekt soll die sogenannte elektrophoretische Mobilität von Polyelektrolyten wie eventuell auch Kolloiden mit molekulardynamischen Simulationen unter Benutzung eines Gitteralgorithmus auf der Basis der Gitter-Boltzmann Methode untersucht werden, um so die wissenschaftliche Grundlage für ein genaues Verständnis dieses Prozesses zu legen. Das zugrundeliegende Softwarepaket wird ESPResSo und eventuell waLBerla sein.

Ansprechpartner: Christian Holm oder Florian Weik

Phasenverhalten von dipolaren Flüssigkeiten

Dipolare Flüssigkeiten können sowohl aus magnetischen Dipolen wie auch aus elektrischen Dipolen bestehen. Im ersten Fall spricht man von magnetischen Flüssigkeiten (Ferrofluide), im letzteren kann es sich auch um einfaches Wasser handeln. Dipolare Systeme haben eine anisotrope Wechselwirkung und ein komplizierteres Phasenverhalten als zum Beispiel ein System aus harten Kugeln. Ziel des Projektes ist es, das Phasendiagramm eines solchen Systems zu reproduzieren, und die sogenannte Ferroelektrische Phase zu quantifizieren. Die benötigten Algorithmen sind im Programmpaket ESPResSo implementiert, was auch benutzt werden soll.

Ansprechpartner: Rudolf Weeber oder Christian Holm

Biofunktionalisierte Kohlenstoff Nanostrukturen

Ansprechpartner: Maria Fyta oder Bibek Adhikari

Funktionalisierung/Dotierung von ultradünne MoS2 Schichten

Ansprechpartner: Maria Fyta oder Ganesh Sivaraman

Vorhersage der Gleichgewichtsaufquellung eines Hydrogels in multivalenten Salzlösungen

Hydrogele sind Polymernetzwerke deren Volumen in Salzlösung enorm zunehmen kann. Das Schwellverhalten kann durch einige äußere Parameter beeinflusst werden. Dazu gehören der pH-Wert, Temperatur, Zusammensetzung der Salzlösung, Licht oder elektrische Felder. In dieser Bachelorarbeit soll das Schwellverhalten eines vergröberten Hydrogelmodells mit Hilfe von ESPResSo untersucht werden.

Ansprechpartner: Christian Holm oder Jonas Landsgesell

Untersuchung zur Entfaltung spezieller DNA Strukturen

Ansprechpartner: Jens Smiatek oder Ewa Anna Oprzeska-Zingrebe

Simulation von Puffer-Lösungen

Ansprechpartner: Jens Smiatek oder Julian Michalowsky

Chapman-Enskog-Analyse von Lattice-Boltzmann-Krafttermen

Die Lattice-Boltzmann-Methode (LB) ist ein effizientes numerisches Verfahren, um die Navier-Stokes-Gleichungen auf einem Gitter zu lösen und so Strömungsfelder zu bestimmen. Da Soft Matter oft in wässriger Lösung vorzufinden ist, benutzen die meisten unserer Simulationen dieses Verfahren. Die Boltzmanngleichung gilt auf mesoskopischen Skalen Skalen und beschreibt Wahrscheinlichkeitsverteilungen, während die Navier-Stokes-Gleichungen Impuls- und Massenflüsse betrachten. Die Äquivalenz der beiden Herangehensweisen wird durch eine Chapman-Enskog-Expansion (CE) gezeigt.

Es gibt unterschiedliche Wege, Kräfte in einer LB-Methode zu berücksichtigen, aber bislang keinen gründlichen Vergleich zwischen ihnen im Rahmen einer CE. Es gibt ein in Python geschriebenes Tool namens lbmpy, das ein Computeralgebrasystem nutzt, um automatisch CEs für LBs berechnen. Dieses kann jedoch bislang keine Kräfte berücksichtigen.

Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll die CE für LB-Kräfte aufgestellt werden. Dies ist eine primär theoretische Aufgabe, da hierzu die in der Literatur gefundenen Herangehensweisen zusammengefasst und verallgemeinert werden sollen. Anschließend wird die CE in lbmpy implementiert und auf verschiedene Kraftterme angewendet, um deren Genauigkeit und Stabilität zu bestimmen.

Ansprechpartner: Michael Kuron, Rudolf Weeber

Weitere Literatur: