Mathematiker und Physiker beschleunigen Simulation von Supraleitern enorm
Supraleiter – Materialien, durch die Elektrizität völlig widerstandsfrei fließen kann – sind für viele Hochtechnologie-Anwendungen von zentraler Bedeutung, seien es Quantencomputer, Medizintechnik oder Hochleistungs-Energieanwendungen. Wissenschaftler aus Saarbrücken, Eindhoven und Köln haben nun eine Methode im Grenzgebiet von Mathematik und Physik entwickelt, mit der die Simulation solcher Materialien enorm vereinfacht werden kann. Sie wurde im Fachmagazin Physical Review Research publiziert.
Zwei Mathematiker aus dem Saarland, Andreas Buchheit und Torsten Keßler, haben vor einem Jahr bereits eine Methode entwickelt, wie sie so genannte langreichweitige Wechselwirkungen effizient berechnen können (vgl.: https://idw-online.de/de/news787689). Darunter versteht man das Phänomen, dass in einem System jedes einzelne Teilchen mit allen anderen Teilchen in Wechselwirkung steht. Möchte man nun am Computer präzise simulieren, wie sich ein System verhält, muss man die Wechselwirkung jedes einzelnen dieser Teilchen mit allen anderen Teilchen möglichst gut vorhersagen können. Dabei ist es egal, ob das System nun eine Kaffeetasse aus 1023 Atomen ist, die zu Boden fällt, eine Galaxie aus hunderten Milliarden Himmelskörpern, die sich durchs Universum bewegt oder auch ein neuer, supraleitender Werkstoff, dessen 1023 Elektronen es ermöglichen, dass Strom ohne jeglichen Widerstand durch ihn hindurchfließen kann.
Genau einen solchen Supraleiter haben sich Andreas Buchheit, Postdoktorand am Lehrstuhl für Angewandte Mathematik von Professor Sergej Rjasanow an der Universität des Saarlandes, Torsten Keßler, ehemals Postdoktorand bei Professor Rjasanow und nun an der Universität Eindhoven, sowie Peter Schuhmacher (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln und ebenfalls Absolvent der Universität des Saarlandes) und Benedikt Fauseweh (ebenfalls DLR) angeschaut. Genauer gesagt, haben sie mithilfe der Methode von Torsten Keßler und Andreas Buchheit aus dem vergangenen Jahr simuliert, wie sich ein supraleitendes Material auf atomarer Ebene verhält. „Denn die genaue Funktionsweise von Supraleitern ist nach wie vor nicht genau verstanden, obwohl sie schon seit über hundert Jahren bekannt sind“, erklärt Andreas Buchheit, der, wie Torsten Keßler, Mathematiker und Physiker zugleich ist.
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