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Tracing the solid-liquid coexistence line of water based on an ab initio potential
Nils Clees
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Christoph Dellago
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.53585
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17898.90794.816659-8
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Koexistenz-Linie zwischen Eis Ih und Wasser durch Molekular Dynamik Simulationen zu bestimmen. Dies gelingt durch die Integration der Clausius-Clapeyron Gleichung an einem Koexistenz-Punkt, welcher bereits durch die ”Interface Pinning” Methode lokalisiert wurde. Die angewandte Prozedur, bekannt als Gibbs-Duhem Integration [2],[3], ben¨otigt die Berechnung der Enthalpie und Dichte Differenz des festen und fl¨ussigen Zustandes. Um diese zwei Observablen zu erhalten werden Molekular Dynamik Simulationen mit einem Neuronalen Netz Potential (NNP) ausgef¨uhrt. Dieses NNP wurde trainiert anhand des RPBE und BLYP Dichte Funktionals mit und ohne Van der Waals Korrektur. Der Vorteil eines NNP liegt darin, dass man die genaue ab-initio potentielle Energie-Oberfl¨ache von Wasser durch geringen Rechenaufwand bestimmen kann. Vorherige Forschungsarbeiten haben erwiesen, dass die Van der Waals Interaktionen eine entscheidende Rolle in der Bestimmung der einzigartigen Eigenschaften von Wasser haben, i.e. die Wiedergabe der Dichteanomalie des Wassers [1]. Folglich ist es sehr interessant herauszufinden, wie die Einrechnung dieser Interaktionen die Phasengrenze zwischen Eis und Wasser beeinflusst
Abstract
(Englisch)
The goal of the Master’s Thesis is to trace the coexistence line between solid ice Ih and liquid water from molecular dynamics simulation. This is achieved by integrating the Clausius-Clapeyron equation, starting from a coexistence point which was previously obtained from the Interface Pinning method [1]. The procedure that is used, known as Gibbs-Duhem integration [2],[3], requires the evaluation of the enthalpy and the density difference between the solid and the liquid phase. In order to obtain these two observables, molecular dynamics simulations of water are performed using a Neural Network Potential (NNP). This NNP has been trained to the RPBE and BLYP density functionals with and without Van der Waals corrections. The advantage of using a NNP is that one obtains an accurate ab initio potential energy surface of water without facing high computational costs. Previous research projects have shown that Van der Waals interactions determine some unique properties of water, i.e. the density peak of the liquid phase [1]. Thus it is very interesting to see how the inclusion of them will influence the phase boundary of ice and liquid water.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Molecular Dynamics Water Gibbs-Duhem Integration Neural Network Potential Phase Diagram van der Waals
Schlagwörter
(Deutsch)
Molekular Dynamik Wasser Gibbs-Duhem Integration Neuronales Netz Potential Phasen Diagram van der Waals
Autor*innen
Nils Clees
Haupttitel (Englisch)
Tracing the solid-liquid coexistence line of water based on an ab initio potential
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
v, 65 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christoph Dellago
Klassifikationen
33 Physik > 33.25 Thermodynamik, statistische Physik ,
33 Physik > 33.64 Zustandsgleichungen, Phasenübergänge
AC Nummer
AC15306636
Utheses ID
47339
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |
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