Учебное пособие для студентов-физиков. - Уфа, РИО БашГУ, 2010. -
156 с.
Пособие посвящено методам атомистического моделирования материалов, главным образом, методу молекулярной динамики, а также визуализации и анализу атомной структуры по результатам моделирования. Приведены методические указания к выполнению девяти лабораторных работ, направленных на освоение методов моделирования дефектов кристаллического строения, наноструктур и процессов нанотехнологии. Предназначено для студентов, аспирантов и научных работников, специализирующихся в физике конденсированных сред, материаловедении и нанотехнологии.
Введение
Часть
1. Методы атомистического моделирования конденсированных сред
1 Межатомные взаимодействия в конденсированных средах
Квантовомеханическое обоснование понятия межатомного потенциала
Парные потенциалы
Основы теории функционала плотности многоэлектронных систем
Межатомные потенциалы, основанные на теории функционала плотности. Метод внедренного атома
Межатомные потенциалы для сплавов
Потенциалы для ковалентных кристаллов
2 Метод минимизации энергии
3 Основы метода молекулярной динамики
Физическая основа метода молекулярной динамики
Краткая история развития метода МД
Обзор основных задач, решаемых с помощью МД
Ограничения классической МД
Инициализация систем для моделирования в МД. Периодические граничные условия
Правило ближайшей частицы
Методы интегрирования уравнений движения
Алгоритм Верле
Списки соседей атомов
4 Расчет термодинамических величин в методе молекулярной динамики
Общие соотношения
Потенциальная, кинетическая и полная энергия
Температура
Калорическая кривая. Определение температуры плавления твердых тел
Среднеквадратичные отклонения и диффузия
Расчет давления в молекулярной динамике
Расчет атомных напряжений в молекулярной динамике
5 Моделирование различных термодинамических ансамблей
Классификация видов ансамблей и методов их моделирования
Молекулярная динамика при постоянной температуре
Молекулярная динамика при постоянном давлении
6 Программа молекулярной динамики XMD
Ввод основных параметров моделирования
Команды, контролирующие процесс моделирования
Команды вывода данных
7 Метод Монте-Карло
Расчет числа с помощью метода Монте Карло
Средние значения в статистической физике
Алгоритм Метрополиса
Моделируемый отжиг
Генераторы случайных чисел
8 Методы анализа атомной структуры кристаллов
Введение
Визуализация атомных энергий и напряжений
Визуализация дефектов кристаллического строения
Радиальная функция распределения
Часть
2. Лабораторные работы
Методы и программы визуализации результатов атомного моделирования
Освоение методов и программ молекулярной динамики
Исследование анизотропии коэффициента теплового расширения г. п. у. металлов
Моделирование краевой дислокации в г. ц. к. металлах
Моделирование вакансий в г. ц. к. металлах
Моделирование границ зерен в металлах
Моделирование и исследование структуры аморфных металлов
Моделирование плавления металлических наночастиц и кластеров
Моделирование нанокристаллизации аморфных металлов при деформации
Заключение
Список книг по методам моделирования в физике конденсированного состояния
Список Интернет-страниц, посвященных атомистическому моделированию материалов
Пособие посвящено методам атомистического моделирования материалов, главным образом, методу молекулярной динамики, а также визуализации и анализу атомной структуры по результатам моделирования. Приведены методические указания к выполнению девяти лабораторных работ, направленных на освоение методов моделирования дефектов кристаллического строения, наноструктур и процессов нанотехнологии. Предназначено для студентов, аспирантов и научных работников, специализирующихся в физике конденсированных сред, материаловедении и нанотехнологии.
Введение
Часть
1. Методы атомистического моделирования конденсированных сред
1 Межатомные взаимодействия в конденсированных средах
Квантовомеханическое обоснование понятия межатомного потенциала
Парные потенциалы
Основы теории функционала плотности многоэлектронных систем
Межатомные потенциалы, основанные на теории функционала плотности. Метод внедренного атома
Межатомные потенциалы для сплавов
Потенциалы для ковалентных кристаллов
2 Метод минимизации энергии
3 Основы метода молекулярной динамики
Физическая основа метода молекулярной динамики
Краткая история развития метода МД
Обзор основных задач, решаемых с помощью МД
Ограничения классической МД
Инициализация систем для моделирования в МД. Периодические граничные условия
Правило ближайшей частицы
Методы интегрирования уравнений движения
Алгоритм Верле
Списки соседей атомов
4 Расчет термодинамических величин в методе молекулярной динамики
Общие соотношения
Потенциальная, кинетическая и полная энергия
Температура
Калорическая кривая. Определение температуры плавления твердых тел
Среднеквадратичные отклонения и диффузия
Расчет давления в молекулярной динамике
Расчет атомных напряжений в молекулярной динамике
5 Моделирование различных термодинамических ансамблей
Классификация видов ансамблей и методов их моделирования
Молекулярная динамика при постоянной температуре
Молекулярная динамика при постоянном давлении
6 Программа молекулярной динамики XMD
Ввод основных параметров моделирования
Команды, контролирующие процесс моделирования
Команды вывода данных
7 Метод Монте-Карло
Расчет числа с помощью метода Монте Карло
Средние значения в статистической физике
Алгоритм Метрополиса
Моделируемый отжиг
Генераторы случайных чисел
8 Методы анализа атомной структуры кристаллов
Введение
Визуализация атомных энергий и напряжений
Визуализация дефектов кристаллического строения
Радиальная функция распределения
Часть
2. Лабораторные работы
Методы и программы визуализации результатов атомного моделирования
Освоение методов и программ молекулярной динамики
Исследование анизотропии коэффициента теплового расширения г. п. у. металлов
Моделирование краевой дислокации в г. ц. к. металлах
Моделирование вакансий в г. ц. к. металлах
Моделирование границ зерен в металлах
Моделирование и исследование структуры аморфных металлов
Моделирование плавления металлических наночастиц и кластеров
Моделирование нанокристаллизации аморфных металлов при деформации
Заключение
Список книг по методам моделирования в физике конденсированного состояния
Список Интернет-страниц, посвященных атомистическому моделированию материалов