Dielectric variations in simulations of charged soft matter

Abstract

In this thesis, an algorithm to calculate electrostatic interactions in molecular dynamics simulations is extended to include spatial and temporal variations in the dielectric permittivity of the system. The algorithm is implemented, verified, and parallelized. It is then applied to a number of systems containing charged soft matter. Noticeable quantitative and qualitative differences are found between simulations including and excluding dielectric variations. Particularly for the effective charge of colloids, and for the conductivity of polyelectrolytes in aqueous solution, major behavioral changes are shown.

Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Algorithmus zur Berechnung elektrostatischer Wechselwirkungen in Molekulardynamik-Simulationen erweitert, so dass er örtliche und zeitliche Veränderungen der dielektrischen Permittivität darstellen kann. Der Algorithmus wird implementiert, verifiziert und parallelisiert. Anschließend wird er auf eine Reihe von Systemen geladener weicher Materie angewandt. Es werden Signifikante quantitative und qualitative Unterschiede demonstriert zwischen Simulationen mit und ohne veränderliche Dielektrizität. Insbesondere bei der effektiven Ladung von Kolloiden und der Leitfähigkeit von wässrigen Polyelektrolyt-Lösungen werden grundlegende Änderungen des Verhaltens aufgezeigt.