Von Montag, 10. Februar, bis Freitag, 14. Februar, veranstalteten das Paderborn Center for Parallel Computing (PC²) und der Lehrstuhl für Dynamik der kondensierten Materie der Universität Paderborn eine internationale Winterschule zu Elektronenstrukturrechnungen.
Elektronenstrukturrechnungen sind Rechnungen, mit denen die Verteilung von Elektronen in Festkörpern und Molekülen vorhergesagt und verstanden werden können. Diese sind notwendig für viele Arten von atomistischen Rechnungen in Chemie und Physik, bei denen die Hauptaufmerksamkeit der Bewegung der Atome gilt und die zum Beispiel zur Entwicklung neuerer oder verbesserter Materialien oder technologischer Prozesse für Batterieanwendungen oder photovoltaische Energiekonversion essentiell sind.
Atomistische Simulationen stellen einen Schwerpunkt der Universität Paderborn und des Paderborn Center for Parallel Computing (PC²) dar. Mit vergangenen Veranstaltungen, wie dem CP2K User Tutorial "Computational Spectroscopy", der jetzt durchgeführten Winterschule und zukünftigen Initiativen und Schulungen, wird die wissenschaftliche Community im Bereich der atomistischen Simulationen durch das PC² und die Universität Paderborn weiter in der Breite unterstützt. Darüber hinaus stehen durch die Fachberater*innen im PC² auch Expert*innen zur Verfügung, die Forscher*innen individuell bei technischen und anwendungswissenschaftlichen Fragestellungen unterstützen.
Ziel dieser einwöchigen Winterschule war es, Doktorand*innen, Postdocs und anderen Forscher*innen aus dem Gebiet der Quantenchemie und Festkörperphysik zusammenzubringen, die die computergestützten atomistischen Rechnungen von Molekülen und Festkörpern für ihre Forschung benötigen und ihr Wissen über die eingesetzten Programme, wie ORCA, CP2K und CP-PAW erweitern wollen. Das Publikum war international: Neben Teilnehmer*innen von vielen deutschen Universitäten und Forschungseinrichtungen waren auch Teilnehmer*innen aus Belgien, Chile, Indien, Italien, Norwegen, Schweden, der Schweiz, Südafrika oder Tschechien vertreten.
Das Grundgerüst der Winterschule bildeten Vorträge von Experten zu Methoden der computergestützten Quantenchemie und theoretischen Festkörperphysik, wie Prof. Dr. Frank Neese, Direktor des Max-Planck-Instituts für Kohleforschung und Hauptverantwortlichen hinter dem verbreiteten Quatenchemieprogramm ORCA, Prof. Dr. Thomas D. Kühne von der Universität Paderborn, der Experte für Ab-initio Molekulardynamik-Simulationen und Mitentwickler am CP2K-Programm ist, sowie Prof. Dr. Peter E. Blöchl von der Technischen Universität Clausthal, dem Hauptentwickler des CP-PAW-Programms und Erfinder der Projektor-Augmented-Wave-Methode, eine der meistzitierten Publikationen in der Physik.
Diese Vorträge wurden wiederum durch spezifische Vorträge zur korrekten und effizienten Benutzung der einzelnen Programme ORCA, CP-PAW und CP2K ergänzt. Um den Teilnehmer*innen die Möglichkeit zu geben, die neuen theoretischen Grundlagen aus den Vorlesungen anzuwenden und zu vertiefen, bestand etwa die Hälfte der Winterschule aus Tutorien, in denen die Teilnehmer*innen vorbereitete Fragestellungen mit den drei vorgestellten Programmen lösen mussten, um praktische Erfahrung zu sammeln. Dabei wurden Sie von den Tutoren unterstützt, die zu den Hauptentwicklern der vorgestellten Simulations-Softwarepaketen gehören.
Die teilweise recht aufwendigen Rechnungen wurden auf dem Hochleistungsrechner Noctua des PC² ausgeführt. Zusätzlich präsentierten die Teilnehmer*innen ihre eigenen wissenschaftlichen Forschungsthemen und Fragestellungen im Rahmen einer Postersession, die zu einem angeregten wissenschaftlichen Austausch führte.
Die unkonventionelle Grundidee der Schule, mit mehreren Programmen zu arbeiten, sodass sowohl Molekülchemie (mit ORCA und CP2K), als auch Festkörperphysik (mit CP2K und CP-PAW) mit verschiedenen Methoden und Ebenen der theoretischen Beschreibung abgedeckt werden, wurde von den Teilnehmer*innen sehr begrüßt. Dies zeigt auch die wachsende Überschneidung und den Austausch zwischen Quantenchemie und theoretischer Festkörperphysik sowie die immer größer werdende Bedeutung von numerischen Rechnungen, die in neuen Veranstaltungsformaten miteinbezogen werden müssen, um die Forscher*innen möglichst gut für Spitzenforschung zu rüsten. Die nun erfolgreich durchgeführte Winterschule repräsentiert einen weiteren Schritt in diese Richtung.
