Effiziente und neuartige Verfahren zur Optimierung von Kraftfeldparametern bei atomistischen Molekularen Simulationen kondensierter Materie

Molekulare Simulationen ermöglichen es, den Einfluss mikroskopischer Prozesse auf makroskopische Phänomene zu studieren. Um Simulationen in den Naturwissenschaften erfolgreich anwenden zu können, müssen geeignete molekulare Modelle vorliegen. Das Fundament einer Simulation zur quantitativen Vorhersage von physikalischen Eigenschaften ist das sogenannte Kraftfeld. Die Hauptschwierigkeit liegt in dessen Parametrisierung. Dies manuell durchzuführen, ist sehr zeitaufwendig, da für jeden Parametersatz eine aufwendige Simulation durchzuführen ist. In dieser Arbeit wird ein neues automatisiertes Parametrisierungsschema vorgeschlagen, welches auf der Lösung eines mathematischen Optimierungsproblems basiert. Innerhalb des Optimierungsprozesses werden Eigenschaften, die aus einer Molekularen Simulation resultieren, an ihre entsprechenden experimentellen Referenzdaten angepasst. Da Molekulare Simulationen eine hohe Komplexität aufweisen und die resultierenden Eigenschaften mit statistischen Rauschen behaftet sind, wird das Optimierungsproblem sowohl mit bereits vorhandenen als auch mit neuartigen, effizienten und robusten numerischen Algorithmen gelöst.