Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Prof. Dr. Ronald Redmer



Dipl.-Phys. Bastian Holst
(e-mail: bastian.holst@uni-rostock.de )

Ab-initio-Simulationen für die Zustandsgleichung und Transportgrößen von dichtem Wasserstoff

In dieser Arbeit werden die Resultate aus DFT-MD-Simulationen für warmen dichten Wasserstoff vorgestellt. Diese Ab-initio-Simulationen kombinieren klassische Molekulardynamik (MD) mit der Dichtefunktionaltheorie (DFT). Für einen Dichtebereich von 0,1 g/cm³ bis 10 g/cm³ und Temperaturen von 300 K bis 50000 K werden neben der thermischen und der kalorischen Zustandsgleichung auch die elektrische und Wärmeleitfähigkeit sowie das Reflexionsvermögen, der Absorptionskoeffizient und die Thermokraft präsentiert. Dabei treten Drücke von über 100 Mbar auf. Dieser Parameterbereich ist von Bedeutung für die Modellierung von großen Planeten, wofür der im Rahmen dieser Arbeit erzeugte Datensatz verwendet werden kann. Es wurde ein Nichtmetall-Metall-Übergang bei hohen Drücken beobachtet. Vergleiche mit vorhandenen Experimenten bestätigten die Zuverlässigkeit der vorgestellten Resultate.

The results obtained from DFT-MD simulations for warm dense hydrogen are presented in this work. Within these ab-initio simulations classical molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT) are combined. Besides the thermal and the caloric equation of state, also the electrical and thermal conductivity as well as the reflectivity, the absorption coefficient, and the thermopower are presented in a density range from 0.1 g/cm³ to 10 g/cm³ and temperatures from 300 K to 50000 K. In this parameter region pressures of more than 100 Mbar occur. The megabar regime is of importance for planetary interior models. These models take advantage of the within the present work newly calculated data. A nonmetal-to-metal transition at high pressures was observed. Comparison with experiments showed best agreement and confirmed the reliability of the presented results.