РИО БашГУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Башкирский государственный университет

А.А. Назаров, Р.Р. Мулюков

Атомистическое моделирование материалов, наноструктур и процессов нанотехнологии

Учебное пособие

для студентов-физиков

Уфа

РИО БашГУ

УДК 539.21

ББК 22.37

Печатается по решению учебно-методической комиссии физического факультета БашГУ (протокол № 5 от 04.06.2010)

Рецензенты:

Доктор физико-математических наук, профессор М.Д. Старостенков (Алтайский государственный технический университет, г. Барнаул);

Кафедра физики Уфимского государственного авиационного технического университета, г. Уфа

Назаров А.А., Мулюков Р.Р. Атомистическое моделирование материалов, наноструктур и процессов нанотехнологии. Учебное пособие для студентов-физиков. Уфа, РИО БашГУ, 2010.‑ 156 с.

Излагаются методы атомистического моделирования материалов. Особое внимание уделено методу молекулярной динамики и программе XMD, реализующей этот метод. Рассмотрены методы визуализации и анализа атомной структуры по результатам моделирования. Приведены методические указания к выполнению девяти лабораторных работ, посвященных освоению метода молекулярной динамики и программы визуализации RasMol применительно к моделированию дефектов кристаллического строения, наноструктур и процессов нанотехнологии.

Предназначено для студентов, аспирантов и научных работников, желающих освоить методы моделирования применительно к физике конденсированных сред и нанотехнологии.

Табл. 5, илл. 27, библиогр. 8 наим.

УДК 539.21

ББК 22.37

ISBN

ãНазаров А.А., Мулюков Р.Р., 2010

ãБашГУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Список наиболее часто используемых обозначений
Список используемых сокращений
Введение
Часть I. Методы атомистического моделирования конденсированных сред
1. Межатомные взаимодействия в конденсированных средах
1.1. Квантовомеханическое обоснование понятия межатомного потенциала
1.2. Парные потенциалы
1.3. Основы теории функционала плотности многоэлектронных систем
1.4. Межатомные потенциалы, основанные на теории функционала плотности. Метод внедренного атома
1.5. Межатомные потенциалы для сплавов
1.6. Потенциалы для ковалентных кристаллов
2. Метод минимизации энергии
3. Основы метода молекулярной динамики
3.1. Физическая основа метода молекулярной динамики
3.2. Краткая история развития метода МД
3.3. Обзор основных задач, решаемых с помощью МД
3.4. Ограничения классической МД
3.5. Инициализация систем для моделирования в МД. Периодические граничные условия
3.6. Правило ближайшей частицы
3.7. Методы интегрирования уравнений движения
3.8. Алгоритм Верле
3.9. Списки соседей атомов
4. Расчет термодинамических величин в методе молекулярной динамики
4.1. Общие соотношения
4.2. Потенциальная, кинетическая и полная энергия
4.3. Температура
4.4. Калорическая кривая. Определение температуры плавления твердых тел
4.5. Среднеквадратичные отклонения и диффузия
4.6. Расчет давления в молекулярной динамике
4.7. Расчет атомных напряжений в молекулярной динамике
5. Моделирование различных термодинамических ансамблей
5.1. Классификация видов ансамблей и методов их моделирования
5.2. Молекулярная динамика при постоянной температуре
5.3. Молекулярная динамика при постоянном давлении
6. Программа молекулярной динамики XMD
6.1. Ввод основных параметров моделирования
6.2. Команды, контролирующие процесс моделирования
6.3. Команды вывода данных
7. Метод Монте-Карло
7.1. Расчет числа p с помощью метода Монте Карло
7.2. Средние значения в статистической физике
7.3. Алгоритм Метрополиса
7.4. Моделируемый отжиг
7.5. Генераторы случайных чисел
8. Методы анализа атомной структуры кристаллов
8.1. Введение
8.2. Визуализация атомных энергий и напряжений
8.3. Визуализация дефектов кристаллического строения
8.4. Радиальная функция распределения
Часть II. Лабораторные работы
Лабораторная работа № 1. Методы и программы визуализации результатов атомного моделирования
Лабораторная работа № 2. Освоение методов и программ молекулярной динамики
Лабораторная работа № 3. Исследование анизотропии коэффициента теплового расширения г.п.у. металлов
Лабораторная работа № 4. Моделирование краевой дислокации в г.ц.к. металлах
Лабораторная работа № 5. Моделирование вакансий в г.ц.к. металлах
Лабораторная работа № 6. Моделирование границ зерен в металлах
Лабораторная работа № 7. Моделирование и исследование структуры аморфных металлов
Лабораторная работа № 8. Моделирование плавления металлических наночастиц и кластеров
Лабораторная работа № 9. Моделирование нанокристаллизации аморфных металлов при деформации
Заключение
Список книг по методам моделирования в физике конденсированного состояния
Список Интернет-страниц, посвященных атомистическому моделированию материалов

Дата добавления: 2015-10-02