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Time-integration of Gaussian variational approximation for the magnetic Schrödinger equation

Scheifinger, Malik 1; Busch, Kurt; Hochbruck, Marlis 1; Lasser, Caroline
1 Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

In the present paper we consider the semiclassical magnetic Schrödinger equation, which describes the dynamics of charged particles under the influence of a electro-magnetic field. The solution of the time-dependent Schrödinger equation is approximated by a single Gaussian wave packet via the time-dependent Dirac–Frenkel variational principle. For the approximation we use ordinary differential equations of motion for the parameters of the variational solution and extend the second-order Boris algorithm for classical mechanics to the quantum mechanical case. In addition, we propose a modified version of the classical fourth order Runge–Kutta method. Numerical experiments explore parameter convergence and geometric properties. Moreover, we benchmark against the analytical solution of the Penning trap.


Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000181084
Veröffentlicht am 15.04.2025
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM)
Sonderforschungsbereich 1173 (SFB 1173)
Publikationstyp Forschungsbericht/Preprint
Publikationsmonat/-jahr 04.2025
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2365-662X
KITopen-ID: 1000181084
Verlag Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Umfang 28 S.
Serie CRC 1173 Preprint ; 2025/15
Projektinformation SFB 1173, 258734477 (DFG, DFG KOORD, SFB 1173/3)
Externe Relationen Siehe auch
Forschungsdaten/Software
Schlagwörter Gaussian wave packets, semiclassical magnetic Schrödinger equation, time-dependent variational approximation, mesh-free method, Boris algorithm, Runge–Kutta, Penning trap
Nachgewiesen in OpenAlex
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