In der vorliegenden Arbeit wird die hochdimensionale Quantendynamik kleiner Moleküle auf Festkörperoberflächen mit paralleler Rechentechnik simuliert. Anhand der Analyse effizienter Darstellungen von Molekülen auf Oberflächen werden pseudospektrale Algorithmen eingeführt, die zwei konjugierte Darstellungen durch schnelle Transformationen miteinander verbinden. Für solche Algorithmen wird systematisch ein allgemeines Parallelisierungskonzept entwickelt, das auf der Kommunikation durch message passing beruht. Zuerst wird eine flexible Datenzerlegung in allen Dimensionen präsentiert, die einen perfekten Lastenausgleich in beiden Darstellungen sicherstellt. Danach wird ein dreidimensionales Kommunikationsschema entworfen, das die schnellen Transformationen auf der zerlegten Datenstruktur optimal vermittelt. Die Rechenleistung der parallelisierten Implementation wird in einer nachfolgenden Speedup-Analyse demonstriert. Als eine groß skalierende Anwendung wird zum erstenmal eine vierdimensionale quantendynamische Simulation der laserinduzierten Desorption am Beispiel des Adosorbat-Substrat-Systems CO/Chrom(III)-oxid(0001) durchgeführt. Sowohl Rotations- als auch Lateraldynamik der photodesorbierenden CO-Moleküle werden im Rahmen einer stochastischen Wellenpaketmethode auf ab initio Potentialflächen untersucht. Die Drehimpulsverteilung wird mit Orientierungs- und Ausrichtungsparametern vollständig beschrieben und interpretiert. Die laterale Geschwindikeitsverteilung wird bezüglich des Auftretens und der Bevorzugung lateraler Geschwindigkeiten analysiert. Ein detaillierter Vergleich der theoretischen Resultate mit experimentellen Ergebnissen quantenzustandsaufgelöster (1+1') REMPI-Messungen wird vorgenommen.
In the thesis on hand, high-dimensional quantum dynamics of small molecules on solid surfaces is simulated on parallel computing power. By analyzing efficient representations of molecules on surfaces, pseudospectral algorithms are introduced that connect two conjugated representations by fast transforms. Devised for such algorithms, a general parallelization concept based on communication by message passing is systematically developed. First, a flexible data decomposition in all dimensions is presented that ensures perfect load balancing in both representations. Then, a three-dimensional communication scheme is expounded that optimally arranges the fast transforms on the decomposed data structure. The performance outcome of the parallelized implementation is demonstrated in a following speedup analysis. As large scale application, the first four-dimensional quantum dynamical simulation of laser induced desorption is performed on the exemplary adsorbate-substrate system CO/Chromium(III)oxide(0001). Both rotational and lateral dynamics of the photodesorbing CO molecules are investigated within a stochastic wave packet scheme employing ab initio potential energy surfaces. The angular momentum distribution is completely described and interpreted in terms of orientation and alignment parameters. The lateral velocity distribution is analyzed with regard to occurrence and preference of lateral velocities. A detailed comparison of the theoretical results with experimental findings from quantum state resolved (1+1') REMPI measurements is drawn.
