原子论的建模的材料亚博网站下载

原子论的建模技术运用现代计算能力来显式地建模包括每个原子的材料。相互作用的原子是所有材料科学的基础,原子论的建模帮助使计算机材料研究的一个新的领域。亚博网站下载亚博老虎机网登录虚拟计算实验使用原子论的建模可以大大降低成本和加速的时间尺度的理解和开发新材料。亚博网站下载

然而,每个原子及其交互建模是极其的运算量,这限制了时间和长度尺度,可以模拟。在早期的原子论的建模在1970年代,甚至最快的电脑只能管理完全在几个原子量子力学计算,如可能会发现一个简单的晶体单元细胞或分子。

原子论的里程碑,包括建模等研究的电子能带结构的预测阶段Si和通用电气¹。然而,巨大的计算和计算技术的进步已经改变了原子论的建模在过去40年里,使今天学习复杂系统和几何图形。例如,完整的量子模拟就可以完成常规数百原子,从半导体缺陷预测属性²在李电池传输机制³。

除了基于量子力学的技术,原子论的建模也可以用有效的原子之间的相互作用,称为原子间势。原子间势不把电子的量子性质明确允许模型基于这些潜力巨大的速度比模型基于量子计算方法。等原子间潜在的基础建模可能不是准确的量子力学方法,但可以数以十亿计的原子模型,模拟辐射损伤等复杂的材料过程中纳米晶体材料亚博网站下载⁴和表面之间的摩擦⁵。

原子论的建模最近变得快速、健壮,现在可以结合高通量计算和数据挖掘工具来执行相当于组合化学在电脑上,洗涤成分具有最优性能的新型化合物的空间。这些高通量计算技术已经被用于构建有价值的合金的数据库结构的能量⁶,预测晶体结构^7、8和自定义设计更积极的催化剂⁹。

作为增加的说明原子论的建模的重要性,考虑到出版物与密度泛函理论(DFT),其中一个最强大的量子力学今天原子论的建模方法。利用DFT几乎呈指数级增长,因为它是在六十年代初,开发和出版40年来一直每十年增加约10倍(图1)。今天,DFT使贡献每年大约10000篇论文。

图1。许多出版物每年包含主题单词“密度泛函理论”或“DFT”(从美国ISI科学)。亚博老虎机网登录

威斯康辛-麦迪逊大学计算材料集团,由亚博网站下载戴恩Morgan教授和教授Izabela Szlufarska,重点是使用原子论的建模工具来理解和发展材料。戴恩Morgan教授利用量子力学和原子间潜在的力量基础建模预测属性提供广泛的材料,包括燃料和包覆核反应堆,电池和燃料电池和电子emittor电极材料在地球深处,含水矿物界面,在半导体和缺陷。亚博网站下载

例如,计算材料集团研究生爱德华Holby利用量子力学预测纳米颗亚博网站下载粒催化剂的稳定性包含几百个原子,展示他们的能量与经典粒子稳定Gibbs-Thomson定律(图2)。这种理解纳米颗粒的能量帮助我们建议如何甚至单个纳米催化剂纳米颗粒大小的变化可以大大提高其耐久性¹⁰。由于计算能力的持续增加和改进的模拟方法,原子论的建模是肯定会成为一个大的材料科学在未来的一部分。亚博网站下载亚博老虎机网登录

图2。能源的Pt纳米粒子大小的函数从一个宏观的法律(Gibbs-Thomson)和密度函数理论的预测。

引用

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