Mainzer Forscher entdecken neuartige "Finite-Size-Korrekturen" bei der Bestimmung von Grenzflächenspannungen

Computersimulationen spielen in der heutigen Zeit eine immer größere Rolle bei der Beschreibung und Entwicklung neuer Materialien. Trotz großer Fortschritte in der Computertechnik sind heutige Simulationen in der statistischen Physik typischerweise auf Systeme von wenigen 100000 Teilchen beschränkt und damit viele Größenordnungen kleiner als typische experimentelle Systeme. Aus diesem Grund spielen sogenannte "Finite-Size-Korrekturen" eine entscheidende Rolle, die es erlauben, aus vergleichsweise kleinen, simulierbaren Systemen makroskopische Größen korrekt zu bestimmen.

Eine für viele Phänomene (Keimbildung von Wassertröpfchen in der Atmosphäre, Kristallisation von Proteinen aus Lösungen, Wachstum und Stabilität von Nanokristallen, etc.) wichtige physikalische Kenngröße ist die Grenzflächenspannung zwischen koexistierenden Phasen (wie z.B die flüssige und die feste oder gasförmige Phase) eines Materials. Diese Größe ist experimentell schwierig zu bestimmen, und verlässliche analytische Theorien fehlen oftmals auch. Deshalb ist es von großer Bedeutung, hierfür Computer-Simulationsmethoden zu entwickeln.

Einem Team der JGU Mainz (Dipl.-Phys. F. Schmitz, Dr. P. Virnau, Prof. K. Binder) ist es durch den Einsatz einer neuartigen Simulationsmethode gelungen, die Beschaffenheit der auftretenden logarithmischen Korrekturen bei der Bestimmung von Grenzflächenspannungen zu beschreiben und neue Effekte, die dafür verantwortlich sind, zu identifizieren [1]. Diese Arbeit, die erst durch den Einsatz von mehreren Millionen CPU-Stunden auf dem Mainzer Supercomputer Mogon ermöglicht wurde, wird in Zukunft dazu beitragen, Grenzflächenspannungen mit höchster Genauigkeit in Simulationen zu bestimmen.

[1] F. Schmitz, P. Virnau, and K. Binder, Phys. Rev. Lett. 112, 125701 (2014)