Computersimulationen in der Statistischen Physik

Vorlesung im Wintersemester 2006/2007
N. Blümer, W. Paul

Computer simulations in statistical physics

Lecture in winter semester 2006/2007
N. Blümer, W. Paul

Stundenzahl: 3 V + 1 Ü

Zeit und Ort: Di, Do 10 - 12 Uhr, Seminarraum A (Staudingerweg 9, 01-219)

Zielgruppe: Studierende im Hauptstudium, Doktoranden

Univis-Eintrag: siehe Liste der Lehrveranstaltungen von N. Blümer im WS 2006/2007

Sprechstunde: jeweils nach der Vorlesung und nach Vereinbarung Lecture hours: 3 V + 1 Ü (lectures + tutorials)

Time and Place: Tuesdays, Thursdays 10 - 12 am, Seminarraum A (Staudingerweg 9, 01-219)

Target group: physics students after Vordiplom, PhD students

Univis entry: see list of lectures by N. Blümer in WS 2006/2007

Consultation hours: after lectures or by appointment

Hinweise: Die Vorlesung wird in englischer Sprache abgehalten.

Notes: The lecture is given in english.

Contents / lecture notes

Problem sets / Tutorials / Sample codes



Ankündigung (aus kommentiertem Vorlesungsverzeichnis)

Inhalt der Vorlesung:

Diese Vorlesung behandelt die grundlegenden Computersimulationsmethoden für Systeme vieler Teilchen, insbesondere in der Theorie der kondensierten Materie. Im Bereich der Probleme der klassischen Physik sind die wesentlichen beiden Simulationsmethoden die Molekulardynamik-Simulation und die Monte-Carlo-Simulation. Die erste ist eine deterministische Methode, die zweite eine stochastische. Für beide gilt es, den theoretischen Hintergrund zu verstehen, die Grundlagen ihrer numerischen Umsetzung zu erarbeiten und die Tricks und Fallen in der praktischen Anwendung kennenzulernen. Beide Methoden lassen sich zur numerischen Lösung von Pfadintegralen auf quantenmechanische Vielteilchensysteme verallgemeinern; gegen Ende der Vorlesung sollen diese fortgeschrittenen Aspekte zur Sprache kommen und insbesondere die Prinzipien der wichtigsten Quanten-Monte-Carlo-Algorithmen vorgestellt werden.

Insbesondere in der zweiten Hälfte der Vorlesung berücksichtigen wir bei der Themenauswahl gerne Vorkenntnisse und besondere Interessen der Teilnehmer. Eine aktive Mitarbeit wird bei den (flexibel stattfindenden) Übungen erwartet; außerdem sind Semesterprojekte geplant, die von den Teilnehmern jeweils einzeln oder in kleinen Gruppen durchgeführt und am Ende in kurzen Vorträgen präsentiert werden.

Geforderte Vorkenntnisse: Klassische Mechanik, QM I, Statistische Thermodynamik

Literaturangaben

Announcement (from annoted list of lectures)

Contents

This lecture covers the basic computer simulation methods for systems of many particles, particularly as relevant in condensed matter theory. The focus is on molecular dynamics and Monte Carlo simulations, the essential methods for classical statistical physics. While the former is a deterministic method, the latter is stochastic. Goal of the lecture is to convey for both methods an understanding of the theoretical background and the principles of numerical implementations; however, we also want to discuss the most relevant tricks and possible pitfalls. Both methods can be generalized for the solution of path integrals of quantum many-particle systems; these advanced topics are planned to be addressed in the later parts of the lecture. In particular, we will present the principles of the most important quantum Monte Carlo algorithms.

We will gladly adjust the selection and depth of topics depending on prior knowledge and interests of the participants, in particular in the second half of the semester. Active participation in the tutorials is expected. In addition, the students will be asked to carry out semester projects (by themselves or in small groups) and to present the results in short talks.

Prerequisites: Classical mechanics, quantum mechanics I, statistical thermodynamics

Literature

Einordnung in Studien-- bzw. Prüfungsordnung: Wahlpflichtvorlesung des Diplomstudiengangs, Vorlesung des Moduls ``Physik der Flüssigkeiten und Festkörper'' des Masterstudiengangs Computational Sciences

Schein: Vergabe aufgrund der Teilnahme an Übungen und Semesterarbeit

Bemerkungen: Eine thematisch anschließende Vorlesung .shtml">Moderne numerische Methoden der Festkörperphysik ist im Sommersemester 2007 geplant. Über das Gebiet werden Diplom- und Doktorarbeiten vergeben. Classification according to university regulations (in German): Wahlpflichtvorlesung des Diplomstudiengangs, Vorlesung des Moduls ``Physik der Flüssigkeiten und Festkörper'' des Masterstudiengangs Computational Sciences

Credits: Awarded for participation in tutorials and for semester project

Comments: A subsequent lecture on .shtml">Modern numerical methods of solid state physics is planned for the summer semester 2007. Positions for diploma and doctoral students are available on related subjects.