Отчёт по практике: Отчет по практике (Моделирование металлических наночастиц методами молекулярной динамики, изучение их структуры и форм)

ВВЕДЕНИЕ
Объектом исследования является металлическая наночастица, состоящая из различного количества атомов таких металлов, как титан и сплав никеля и титана – нитинол.
Цель работы – моделирование металлических наночастиц методами
молекулярной динамики, изучение их структуры и форм.
Поставленная цель достигается с помощью разработки программного комплекса, проводящего численный расчёт координат и скоростей атомов наночастицы с помощью парных потенциалов и численной схемы Верле.
Процессы, происходящие в твердых телах, определяются движением и
взаимодействием огромного числа атомов и молекул. Аналитически с
использованием различных приближений решены только некоторые задачи физики твердого тела, сформулированные для идеальной периодической кристаллической решетки.
Там, где теоретическое описание с помощью аналитических методов
невозможно, в материаловедении, в частности, в физике наноматериалов и в нанотехнологии, незаменимую роль играет компьютерное моделирование. В связи с беспрецедентным ростом возможностей компьютеров и методов и программ моделирования, эта роль особенно возросла, и компьютерное моделирование стало доступным практически для любого научного работника и инженера.
Для нанотехнологий и наноматериалов наибольший интерес представляют модели, относящиеся к одному из наиболее глубоких уровней описания структуры твердых тел – атомному. В этих моделях материалы рассматриваются как классические системы взаимодействующих атомов. Основными методами моделирования при этом являются методы молекулярной динамики (МД) и Монте-Карло (МК).
Взаимодействие и движение атомов могут описываться с помощью
классических или квантовых представлений. При моделировании с помощью классической МД или метода МК используется понятие о потенциале межатомного взаимодействия, который является главной характеристикой взаимодействия атомов.
Развитие МД началось с моделирования жидкостей, и в настоящее время это приложение является одним из основных.
Разработка потенциалов для новых систем позволяет изучать как
простые, так и многокомпонентные жидкости; изучаются как равновесные системы, так и неравновесные процессы, как вязкость, теплопроводность, диффузия и т.д.
Другое направление приложений МД, начатое на заре развития метода –
изучение дефектов в кристаллах – до сих пор является важнейшим направлением.
С помощью МД определяется структура и энергия, напряжения различных дефектов: вакансий и межузельных атомов, дислокаций, дефектов упаковки, границ зерен и т.д. Продолжающееся развитие межатомных потенциалов позволяет изучать эти дефекты с новой степенью подробности и точности.
Помимо изучения структуры, все большее распространение получает
изучение с помощью МД процессов в твердых телах: пластической деформации, разрушения, диффузии, трения.
Изучение фазовых превращений, в том числе между агрегатными
состояниями одного и того же вещества, построение фазовых диаграмм также составляют одно из направлений применения МД.