Ovru-all
.pdf47.S. Nos´e. //Molec. Phys. 52, Р.255 (1984).
48.W. G. Hoover. //Phys. Rev. A. 31, Р.1695 (1985).
49.J. Kohanoff, A. Caro, M.W. Finnis. //J. Chem. Phys. 6, Р.1848 (2005).
50.J.M. Haile, H.W. Graben. //J. Chem. Phys. 73, Р.2412 (1980).
51.D. Brown, J. H. R. Clarke. //Mol. Phys. 51, Р.1243 (1984).
52.J.R. Fox, H.C. Andersen. //J. Chem. Phys. 88, Р.4019 (1984).
53.С.И. Поташников, А.С. Боярченков, К.А. Некрасов, А.Я. Купряжкин. //Альтернативная энергетика. 49, № 5, c. 86 (2007).
54.A. Rahman. //J. Chem. Phys. 45, №7, P.2585 (1966).
55.L. Van Hove. //J. Phys. Rev. 95, P.249 (1954).
56.A. Rahman. //J. Phys. Rev. 136, №2, P.A405 (1964).
57.И. З. Фишер, Р.М. Юльметьев. //УФН. 87, №10, c.374 (1965).
58.А. Н. Лагарьков, В. М. Сергеев. //УФН. 125, №3, С.409 (1978).
59.Г.Ф. Вороной. //Собр. Соч. Киев, Изд. АН УССР, 2, С.239 (1952).
60.Б.Н. Делоне. //Петербургская школа теории чисел. М.-Л, Изд.АН СССР,
С.196 (1947).
61.J.D. Bernal. //Nature. 183, P. 141 (1959).
62.А.В. Ким, Н.Н. Медведев. //Ж. Структ. Химии. 47, c. 144 (2006).
63.Н.Н. Медведев. Метод Вороного – Делоне в исследовании структуры некристаллических систем. Новосибирск, Изд.СО РАН, 2000. –352 с.
64.N.W. Ashcroft. //Phys. Lett. 23, №1, P. 48 (1966).
65.W.H. Snyu, K.S. Singwi, M.P. Tosi. //Phys. Rev. B. 3, №2, P.237 (1973).
66.A.O.E. Animalu. //Phys. Rev. B. 8, №8, P.3542 (1973).
67.З.А. Гурский, Г.Л. Краско. //Докл. АН СССР. 197, №4, c. 810 (1971).
68.H.R. Lelibaux, A.W. Engel. //J. Chem. Phys. 68, №1, P.1 (1978).
69.В.А. Крашанинин. //Расплавы. № 4, c.3 (1999).
70.P. Hohnberg, W. Kohn. //Phys. Rev. A. 136, Р.B864 (1964).
71.W. Kohn, L. J. Sham. //Phys. Rev. A. 140, Р.1133 (1965).
72.А.П. Шпак, В.В. Маслов, А.Б. Мельник, А.Н. Тимошевский. //Металлофизика и новейшие технологии. 25, №11, С. 1461 (2003).
73.А.М. Сатанин. Введение в теорию функционала плотности. Нижний Новгород, 2009.- 64 с.
74.D. Marx, J. Hutter. Ab initio molecular dynamics: Institute for Computing, Julich, NIC Series. 1, Р.301 (2000).
75.G. Kresse. // J. Non-Cryst. Solids. 192, P.222 (1995).
76.M.S. Daw, M.I. Baskes. // Phys. Rev. Lett. 50, Р. 1285 (1983).
77.M.I. Baskes. // Phys. Rev. Lett. 59, Р.2666 (1987).
78.M. I. Baskes, J. S. Nelson, A. F. Wright. //Phys. Rev. B. 40, Р. 6085 (1989).
79.M.I. Baskes. // Phys. Rev. B. 46, Р.2727 (1992).
80.M. I. Baskes, R. A. Johnson. //Modell. Simul. Mat.Sci. Eng. 2, Р.147 (1994).
81.B. Jelinek, J. Houze, Kim Sungho, M. F. Horstemeyer, M. I. Baskes. //Phys. Rev. B. 75, Р.054106 (2007).
82.A.M. Dongare, L.V. Zhigilei, A.M. Rajendran, B. LaMattina. //Composites. Part B. 40, Р 461 (2009).
83.B. J. Thijsse. //Phys. Rev. B. 65, Р.195207 (2002).
271
Додаток.
Перелік обов’язкових елементів програми для моделювання за методом молекулярної динаміки (двовимірний варіант)
PROGRAM MD |
//Делфі |
Uses . . . |
; //перелік бібліотечних блоків програм |
Const . . . .; //усі постійні в розрахункових формулах Type // перелік усіх елементів інтерфейсу
TMainForm = class(TForm) ImagePanel: TPanel; AtomView: TImage; StartButton: TButton; ResetButton: TButton;
. . . . . . . . . . . . . .; |
|
||
{list of procedures} |
|
||
procedure |
StartButtonClick(Sender: TObject); |
||
procedure |
FormCreate(Sender: TObject); |
||
procedure |
FormDestroy(Sender: TObject); |
||
procedure |
ResetButtonClick(Sender: TObject); |
||
procedure |
Init; |
//початкові координати та швидкості |
|
procedure |
Calc_GR; //функція радіального розподілу атомів |
||
procedure |
Energy; |
//кінетична та потенціальна енергія атомів |
|
. . . . . . . . ; |
//розподіли атомів за енергією |
||
private |
|
|
|
{Private declarations} |
|
||
//класи |
|
|
|
Atom = record x, y: double; |
vx, vy: double; end; |
||
Energy = record u, k: double; end; |
|||
Atom_Array = array [1..N] of Atom; |
|||
Var |
|
// загальні змінні |
|
MainForm: TMainForm; initial_atoms, atoms: Atom_Array;
initial_energy, Ек, Еп. . . . total_time: double; implementation
{$R *.dfm}
function potential_direct(dx, dy: double): double;
var d2,d6: double; //dx,dy – |
відстань між двома частинками |
|
begin |
{a/r^12-b/r^6, |
a=εσ^12; b=εσ^6} |
d2 := 1.0/(sqr(dx)+sqr(dy)); d6 := d2*d2*d2; potential_direct := (a*d6 - b)*d6; // енергія взаємодії
end; . . . . . . .;
273
RedrawImage; //процедура зображення атомів
UpdateStatistics;
end;
end;
procedure TMainForm.StartRunning;
. . . . . . . . . . .; procedure UpdateStatistics;
begin
. . . . . . . . . . . .;
TotalEnergyView.Caption := FloatToStrF(etotal, ffGeneral, 10, 4); //виведення значення повної енергії
AveKEnergyView.Caption := FloatToStrF(kave, ffGeneral, 6, 4); //виведення значення середньої кінетичної енергії
AveUEnergyView.Caption := FloatToStrF(uave, ffGeneral, 6, 4); //виведення значення середньої потенціальної енергії
PressureView.Caption := FloatToStrF((impulse_x+
impulse_y)/(2*cellsize)/total_time, ffGeneral, 6, 4);
//виведення значення тиску
. . . . . . . . . . . . . . . .; end;
Помітимо, що х- і y- компоненти координат, швидкостей і прискорень представляються масивами, що входять у клас atom. Довжини Lx й Ly основної прямокутної комірки дорівнюють cellsize. У змінних Ек й Еп накопичуються суми для кінетичної й потенціальної енергії.
Один з варіантів початкових умов виглядає так: частинки поміщають у вузлах прямокутної сітки й вибирають х- і y- компоненти швидкостей випадковим чином. Оскільки швидкості вибираються випадково, їх варто підправити, маючи на увазі, що початковий повний імпульс у х- й y-напрямках може просто не вийти рівним нулю. Зазвичай визначають швидкість центра мас і від всіх швидкостей віднімають це значення (за відповідними компонентами векторів).
275
ЗМІСТ
ПЕРЕДМОВА |
3 |
Розділ 1. КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ |
5 |
ФІЗИЧНИХ ЯВИЩ ТА ПРОЦЕСІВ |
|
1.1. Застосування комп’ютерів у фізиці |
5 |
1.1.1. Роль моделей у теоретичному дослідженні |
5 |
1.1.2. Методи комп’ютерного моделювання фізичних процесів |
6 |
1.1.3. Вплив комп’ютерів на методи фізичних досліджень |
8 |
1.1.4. Основні напрямки застосування комп’ютерів у фізиці |
10 |
1.1.5. Обчислювальні експерименти та їхня роль у сучасній фізиці |
12 |
1.2. Знаходження статистичних характеристик систем за методом |
14 |
Монте-Карло |
|
1.2.1. Проблема пошуку рівноважних станів і середніх значень |
14 |
фізичних величин |
|
1.2.2. Основи методу Монте-Карло узастосуванні до фізичних |
18 |
проблем |
|
1.2.3. Алгоритм Метрополіса й алгоритм термостата |
21 |
1.2.4. Граничні умови |
24 |
1.2.5. Вибір потенціалу взаємодії атомів |
27 |
1.2.6. Похибки, притаманні методу Монте-Карло |
31 |
1.3. Застосування методу молекулярної динаміки до систем |
32 |
з великої кількості атомів |
|
1.3.1. Загальна характеристика методу |
32 |
1.3.2. Алгоритми чисельного розв’язку рівняння руху |
33 |
1.3.3. Додаткові варіанти граничних умов |
38 |
1.3.4. Списки близьких сусідів |
40 |
1.3.5. Обов’язкові елементи програми для моделювання за методом |
42 |
молекулярної динаміки |
|
Розділ 2. ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ. РОЗЧИНИ. ДІАГРАМИ СТАНУ |
44 |
2.1. Фази та фазові переходи |
44 |
2.2. Метод термодинамічних функцій |
46 |
2.3. Термодинамічні функції однокомпонентних систем |
50 |
2.4. Умови рівноваги термодинамічної системи |
52 |
2.4.1. Умови рівноваги для багатокомпонентних гомогенних |
53 |
та гетерогенних систем |
|
2.5. Класифікація фазових перетворень |
54 |
2.5.1. Різні типи фазових перетворень |
54 |
2.5.2. Умови рівноваги для фазових переходів першого роду |
56 |
2.5.3. Рівняння Еренфеста |
59 |
2.5.4. Правило фаз Гіббса |
60 |
2.5.5. Діаграми стану |
61 |
2.6. Впив поверхневого натягу на кристалізацію рідин |
62 |
276
2.7. Явища, пов’язані з утворенням розчинів |
66 |
2.7.1. Тепловий ефект утворення розчину |
66 |
2.7.2. Осмотичний тиск |
67 |
2.7.3. Закони Рауля і Генрі |
68 |
2.7.4. Парціальні термодинамічні функції |
70 |
2.7.5. Ідеальний розчин |
71 |
2.8.6. Реальні розчини |
74 |
2.8.7. Регулярні розчини |
75 |
2.7.8. Основні уявлення квазіхімічної теорії розчинів |
76 |
2.7.9. Розрахунок міжатомних енергій зв’язку |
77 |
Розділ 3. ПРОЦЕСИ ПЕРЕНЕСЕННЯ. ДИФУЗІЙНІ ЗАДАЧІ РОСТУ |
79 |
КРИСТАЛІВ. ПРИНЦИПИ ЧИСЕЛЬНОГО РОЗВ’ЯЗКУ РІВНЯНЬ |
|
ТЕПЛО- І МАСОПЕРЕНЕСЕННЯ |
|
3.1. Процеси перенесення |
79 |
3.1.1. Дифузія |
79 |
3.1.2. Внутрішнє тертя |
82 |
3.1.3. Теплопровідність |
83 |
3.1.4. Тепловіддача |
84 |
3.1.5. Диференціальні рівняння конвекційного теплообміну |
85 |
3.1.6. Алгоритм Ейлера для розв’язку диференціальних рівнянь |
87 |
3.2. Крайові задачі |
88 |
3.2.1. Крайові умови |
88 |
3.2.2. Крайова задача в безрозмірних змінних |
90 |
3.3. Аналітичні розв’язки задач тепло- й масоперенесення |
91 |
при рості кристалів |
|
3.3.1. Задачі Стефана |
91 |
3.3.2. Задача Стефана в чистому вигляді |
92 |
3.3.3. Випадок переохолодженого розплаву |
93 |
3.3.4. Краєві умови для дифузійної задачі росту кристалів |
94 |
3.3.5. Ріст циліндра і кулі з розчину при постійній поверхневій |
95 |
концентрації |
|
3.3.6. Про тепло- і масоперенесення при вирощуванні монокристалів |
98 |
3.4. Чисельні розв’язки задач тепло- й масоперенесення |
101 |
3.4.1. Різницеві схеми розв’язку задач тепло- й масоперенесення |
101 |
3.4.2. Проблема крайової умови на міжфазній межі при рості |
105 |
кристалів |
|
3.4.3. Перші чисельні розв’язки дифузійних задач росту кристалів |
106 |
3.4.4. Спосіб чисельного розв'язку задачі росту або розчинення |
107 |
кулястого або циліндрового кристала |
|
3.4.5. Розгляд явищ перенесення в рамках граткового |
111 |
Больцманівського методу |
|
277
6.4.2. Кінетика епітаксіального росту тонких плівок |
175 |
6.4.3. Утворення плівок через рідку фазу при конденсації |
177 |
6.5. Форми росту кристалів та їх стійкість |
181 |
6.5.1. Форми вільного росту кристалів |
181 |
6.5.2. Стійкість кулястого кристала |
181 |
6.5.3. Стійкість форми багатогранника |
184 |
6.5.4. Числові розрахунки еволюції форми кристалів |
187 |
6.6. Розвиток комірчастої структури під час спрямованого |
192 |
твердіння |
|
6.6.1. Концентраційне (дифузійне) переохолодження |
192 |
під час спрямованої кристалізації |
|
6.6.2. Основні результати теорії малих збурень |
194 |
6.6.3. Деякі результати моделювання спрямованого затвердіння |
198 |
Розділ 7. КОМП’ЮТЕРНІ МОДЕЛІ АТОМНИХ ПОВЕРХНЕВИХ |
203 |
ПРОЦЕСІВ |
|
7.1. Пошук рівноважних структур за методом Монте-Карло |
203 |
та їх аналіз |
|
7.1.1. Пошук рівноважних структур |
203 |
7.1.2. Обчислення структурних характеристик |
205 |
7.1.3. Радіальна (парна) функція розподілу молекул |
205 |
7.1.4. Обчислення тиску та вивчення рівняння стану |
209 |
7.2. Дослідження поверхневих процесів під час росту кристалів |
211 |
шляхом кінетичного моделювання за методом Монте-Карло. |
|
7.2.1. Основні співвідношення для перехідних ймовірностей |
211 |
7.2.2. Моделювання росту кристалів за умови "solid on solid" |
215 |
7.2.3. Застосування методу Монте-Карло до моделювання росту |
|
малих кристалів та процесів утворення тонких плівок |
216 |
7.2.4. Застосування більш реальних моделей для вивчення |
219 |
поверхневих процесів. |
|
7.2.5. Кінетичне Монте-Карло моделювання спрямованого твердіння |
224 |
7.2.6. Кінетичне моделювання процесу осадження плівок |
225 |
з газової фази. |
|
7.3. Особливості застосування методу молекулярної динаміки у |
228 |
разі фазових перетворень. |
|
7.3.1. Застосування методу молекулярної динаміки в різних |
228 |
ансамблях |
|
7.3.2. Досягнення рівноважного стану та вимірювання |
232 |
макроскопічних величин |
|
7.3.3. Властивості перенесення |
235 |
7.3.4. Топологічний аналіз змодельованих атомних конфігурацій. |
238 |
Метод Вороного-Делоне |
|
7.4. Проблема вибору потенціалів |
240 |
7.4.1. Потенціали міжатомної взаємодії в металах |
240 |
|
279 |