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ESPResSo

Eine mit ESPResSo enstandene Simulation auf dem Cover des Journals "Nature"

ESPResSo ist ein sehr flexibles Softwarepaket, mit dessen Hilfe "vergröberte" Kugel-Feder-Modelle simuliert und analysiert werden können, wie sie in der Forschung an weicher Materie in Physik, Chemie und Molekularbiologie eingesetzt werden.  Es ermöglicht wissenschaftliche Vielteilchensimulationen mit Hilfe der Molekulardynamikmethode von Systemen wie beispielsweise Polymeren, Flüssigkristallen, Kolloiden, Ferrofluiden und biologischen Systemen wie DNS und Lipidmembranen.

In "vergröberten" Modellen werden mehrere Atome oder Moleküle zu einer einzigen Kugel zusammengefasst.  Obwohl in solchen Modellen viele Details der zugrundeliegenden Systeme vernachlässigt werden, so können sie doch oft qualitative Eigenschaften vorhersagen, wie beispielsweise das Skalierungsverhalten eines Systems, und sie können dabei helfen, theoretische Modelle besser zu verstehen.  Aufgrund der drastischen Reduktion der Freiheitsgrade erlaubt die Vergröberung von Modellen es, Systeme zu untersuchen, die für herkömmliche Molekulardynamiksimulationen mit atomarer Auflösung aufgrund der großen Längen- und Zeitskalen unerreichbar sind.

ESPResSo kann klassische Molekularsynamiksimulationen von vierlei Arten von Systemen in unterschiedlichen statistischen Ensembles (NVE, NVT, NPT) und Nichtgleichgewichtssituationen durchführen. Dabei können einerseits Standardpotentiale wie beispielsweise das Lennard-Jones- oder das Morse-Potential verwendet werden, andererseits stellt die Software viele fortgeschrittene Simulationsalgorithmen zur Verfügung, mit deren Hilfe beispielsweise hydrodynamische (Lattice-Boltzmann, Dissipative Particle Dynamics) und elektrostatische (P3M, ELC, MMMxD) Wechselwirkungen berechnet werden können.  Steife Körper können mit Hilfe von Wechselwirkungen zwischen sogenannten "virtuellen" Teilchen modelliert werden, und nicht-rotationsinvariante Teilchen können integriert werden.

ESPResSo ist freie, quelloffene Software, die unter der GNU General Public License (GPL) veröffentlicht wird. Es ist parallelisiert und kann sowohl auf Arbeitsplatzrechnern, auf kleinen Rechenclustern als auch auf großen Supercomputern mit hunderten von Prozessoren effizient
eingesetzt werden.  Der parallele Simulationskern wird mittels der Skriptsprache Tcl angesteuert.  Dies gibt der Software seine große Flexibilität und ermöglicht viele ungewöhnliche Simulationsprotokolle, wie sie bei vergröberten Simulationen häufig benötigt werden.

ESPResSo wird von wissenschaftlichen Arbeitsgruppen überall auf der Welt eingesetzt, sowohl um Simulationsdaten zu produzieren, als auch um neue Algorithmen und vergröberte Modelle zu entwickeln. Die Software wird maßgeblich am Institut für Computerphysik an der Universität Stuttgart entwickelt, jedoch tragen Entwickler von überall auf der Welt dazu bei.

 

 


Weitere Informationen unter
http://espressomd.org.