Fachbereich 12 - Chemie und Pharmazie
Institut für Physikalische Chemie
Prof. Dr. A. Heuer

Theoretische Beschreibung der Ionendynamik

Verständnis der Ionendynamik in ungeordneten Systemen ist von grosser Relevanz für wichtige technologische Entwicklungen (z.B. Batterien). Vom theoretischen Standpunkt her liegt ein komplexes Vielteilchenproblem vor, welches zum einen die Coulomb Wechselwirkung der Ionen untereinander und zum anderen die Wechselwirkung mit der Glasmatrix beinhaltet. Auf der Basis von Computersimulationen wird ein verbessertes Verständnis der resultierenden dynamischen Prozesse erzielt. Dafür bieten sich zwei komplementäre Vorgehensweisen an. Zum einen kann auf der Basis von Molekuldynamik Simulationen von realistischen Ionenleitern explizit die Natur der dynamischen Prozesse sowohl auf der Ebene der Einteilchen- als auch der Vielteilchenperspektive untersucht werden. Dabei können explizite Vergleiche mit experimentellen Observablen durchgeführt werden, wie sie zum Beispiel aus der NMR und der Leitfähigkeitsanalyse erhalten werden. Zum anderen werden einfachere Gittermodellsysteme untersucht, an welchen die grundsätzlichen physikalischen Aspekte der Ionendynamik charakterisiert werden können. Beispielhaft sei die Existenz verschiedener Relaxationspfade (Einteilchen- vs. Vielteilchenrelaxation) genannt. Das langfristige Ziel ist eine optimierte Abbildung mikroskopisch realistischer Systeme auf einfachere Modellsystem und die Identifikation der relevanten Eigenschaften. Dieses Projekt wird im Rahmen des neueingerichteten Sonderforschungsbereichs 458 durchgeführt und steht in engem Kontakt mit verschiedenen experimentellen Arbeitsgruppen aus den Fachbereichen Chemie und Physik.

Beteiligte Wissenschaftler:

M. Kunow, J. Reinisch, R. Banhatti, M. Vogel, H. Lammert, A. Heuer

Veröffentlichungen:

R. Banhatti, A. Heuer, Structure and dynamics of lithium silicate melts: molecular dynamics simulations, Phys. Chem. Chem. Phys. 3, 5104-5108 (2001).

A. Heuer, M. Kunow, M. Vogel, R.D. Banhatti, Characterization of the complex ion dynamics in lithium silicate glasses via computer simulations, Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 3185-3192 (2002).

J. Reinisch, A. Heuer, Coulomb Interactions in simple Lattice-Models: A Comparison between Counter Ion Model and Random Energy Model, Phys. Rev. B 66, 064301 (2002).

A. Heuer, M. Kunow, M. Vogel, R.D. Banhatti, Backward correlations and dynamic heterogeneities: a computer study of ion dynamics, Phys. Rev. B 66, 224201/1-224201/11 (2002).