Mikroskobik simülasyon sisteminin makroskobik deneysel olaylar? yans?tabilmesi i?in, pratikte mevcut olmayan kenar etkilerinden ka??nmak amac?yla simüle edilmi? nesne sisteminin periyodik s?n?r ko?ullar? arac?l???yla periyodik olarak kopyalanmas? gerekir. Prensip olarak herhangi bir moleküler sistemin teorik ?al??mas? zamana ba?l? Schr?dinger denkleminin ??zümünü gerektirir. Ancak pratikte ?ekirde?in y?rüngesine daha fazla dikkat edilir. B?yle bir y?rünge, klasik mekanik hareket denkleminin Born-Oppenheimer yakla??m? kullan?larak ??zülmesiyle elde edilebilir. Alder ve Wainwright, bilgisayar simülasyon deneylerinin, makroskobik deneysel olgular? mikroskobik do?ayla birle?tiren ?nemli bir k?prü haline gelece?ini s?yledi. Frans?z fizik?i Verlet, ilk moleküler dinamik simülasyon deneylerinden 10 y?l sonra, Newton'un hareket denklemleri i?in bir entegrasyon algoritmas? ?nerdi. Ayn? zamanda, kom?u atom ?iftlerinin üretilmesi ve kaydedilmesi i?in, atomlar aras?ndaki etkile?imin hesaplanmas?n? büyük ?l?üde basitle?tiren ba?ka bir algoritma seti ?nerilmi?tir. Bu iki algoritma pratikte hala baz? de?i?kenlerde yayg?n olarak kullan?lmaktad?r [1, 2].

Ge?ti?imiz birka? on y?lda, kafes stati?i, kafes dinami?i, Monte Carlo ve moleküler dinamik dahil olmak üzere ?e?itli atomik düzeyde simülasyon y?ntemleri geli?tirilmi?tir. Bunlar aras?nda moleküler dinamik ?zellikle plastik deformasyonun incelenmesi i?in uygundur. Baz? tan?mlanm?? atomlar aras? etkile?im potansiyeli fonksiyonlar?n?n atomik etkile?im sisteminin Newton denkleminin ??zümü yoluyla deformasyon sürecinin ger?ek zamanl? davran???n? inceler ve kafesin basitle?tirilmemesini i?erir. Uyumluluk, i? gerilimin yükseklik e?itsizli?i ve sistemin ge?ici tepkisi.

Moleküler dinamikler, moleküler sistemin farkl? durumlar?ndan olu?an sistemlerden ?rnekleri ??karmak i?in moleküler sistemin hareketini simüle etmek, b?ylece sistemin konfigürasyon integralini hesaplamak ve konfigürasyonun sonu?lar?na g?re sistemi daha fazla hesaplamak i?in Newton mekani?ine dayan?r. ?ntegral. Termodinamik miktarlar ve di?er makroskopik ?zellikler. ?ekirdek ve elektronlardan olu?an ?ok g?vdeli bir sistem i?in hareket denklemini ??zer. ?ok say?da atomik bile?imin sistem dinami?i problemini ??zebilen bir hesaplama y?ntemidir. Sadece bir maddenin makroskopik evrim ?zelliklerini do?rudan simüle etmekle kalmaz, ayn? zamanda test sonu?lar?na da kat?l?r. Benzer hesaplamalar, mikroyap?, par?ac?k hareketi ve bunlar?n makroskopik ?zelliklerle ili?kisi hakk?nda net bir g?rüntü sunarak yeni teorilerin ve kavramlar?n geli?tirilmesi i?in gü?lü teknik destek sa?lar.

Moleküler dinamiklerin amac? bir par?ac?k sistemidir. Sistemdeki atomlar aras?ndaki etkile?im, potansiyel fonksiyon ile tan?mlan?r. Bu nedenle, potansiyel i?lev türünün ve parametrelerinin do?ru se?imi simülasyon sonu?lar?nda ?nemli bir rol oynar. ?o?u durumda, potansiyel enerji fonksiyonu, sadece basit harmonik terim ve trigonometrik fonksiyonun kullan?ld??? ?l?üde molekülün geometrik deformasyonunun tan?m?n? basitle?tirir; ba? atomlar? aras?ndaki etkile?im yerine sadece Coulomb etkile?imi ve Lennard-Jones potansiyeli kullan?l?r. Tarif etmek i?in kombine. Bunlar aras?nda, atomlar aras?ndaki etkile?im kuvvetinin tan?m? genellikle hesaplama verimlili?ini art?rabilen, ancak elektron ba?laman?n ?ok g?vdeli ?zelliklerini, ?zellikle yap?s? ve kimyas? ile ilgili karma??kl?klar? tam olarak ortaya koyamayan ampirik veya yar? ampiriktir. kusurlar?n yak?nl???. Kendinden tutarl? varyasyon fonksiyonu. Daw ve Baskws'?n EAM (G?mülü atom modeli) potansiyel i?levi, elektronik ba?laman?n ?ok g?vdeli ?zelliklerini bir ?l?üde birle?tirir.

Potansiyel fonksiyonun güvenilirli?i esas olarak kuvvet alan? parametrelerinin do?rulu?una ba?l?d?r ve kuvvet alan? parametreleri deneysel g?zlem verileri ve kuantum mekanik ab initio verileri tak?larak elde edilebilir. Günümüzde biyolojik makromoleküler sistemlerin simülasyonunda en yayg?n kullan?lan moleküler kuvvet alan?, CHARMM kuvvet alan? ve biyolojik makromoleküllerin erken ?al??mas? i?in moleküler kuvvet alan? olan AMBER kuvvet alan?d?r. Mevcut kuvvet alan? parametreleri halen sürekli olarak optimize edilmektedir ve kapsanan molekül tipleri de geni?lemektedir. Kaba taneli model, hesaplamal? biyofiziksel ara?t?rmalarda gittik?e daha fazla dikkat ?ekmektedir, ?ünkü bu modelde, birka? atom veya atom grubuna veya hatta tüm atom modelindeki moleküllere kar??l?k gelen kaba granül tanecikler tan?mlanm??t?r. Sistemdeki par?ac?klar?n say?s? azal?r, b?ylece simülasyonun zaman ve uzay ?l?e?i büyük ?l?üde geli?tirilebilir, ancak atomik detaylar da kaybolacakt?r. Bu modele dayanan moleküler dinamik simülasyonlar?, yava? biyolojik olaylar? veya büyük montajlara ba?l? biyolojik olaylar? incelemek i?in uygundur.

Temel kuvvet alan? tasarlaman?n temel ilkesi, simülasyon ?l?e?ini en üst düzeye ??karmak i?in bir zaman ad?m?nda hesaplama enerjisi yükünü en aza indirmektir. Bu ?zellikle kaba taneli model i?in bile tam atom kuvveti alan? i?in ?nemlidir. ?zellikle, mikrosaniye ve hatta milisaniye zaman ?l?eklerini simüle etmek istiyorsan?z bu ilke son derece ?nemlidir.

?ekil 1, ?ekilde soldan sa?a moleküler dinamiklerin zaman ve mekan boyutlar? aras?ndaki ters ili?kiyi g?stermektedir: (1) su, hücrelerin temel bile?enleri; (2) "Nefes alma davran??? milisaniyelik bir zaman diliminde incelenebilen s???r tripsin inhibit?rü; (3) genetik bilgiyi ??zebilen ve protein üretebilen kompleks bir biyolojik cihaz olan ribozomlar; (4) mor bakteriyel fotosentetik membran fragmanlar?, 25 milyon atomlu, ?ekil fosfolipid iki tabakal? ve fotokimyasal reaksiyon merkezine g?mülü olan hafif hasat kompleksini g?stermektedir.

?ekil 1 Klasik moleküler dinamiklerin zaman ve mekan aras?ndaki ?l?ek ili?kisi

Bilgisayar i?lemcilerinin h?zl? büyümesi ve büyük ?l?üde paralel bilgi i?lem mimarilerinin geli?tirilmesi ile, büyük ?l?üde paralelle?tirilmi? veya tescilli mimari tekniklerin ?l?eklenebilir moleküler dinamik programlar? ile kombinasyonu, bilgisayar simülasyonlar? ??k?klardan tane s?n?r?na dayal? deformasyon mekanizmalar?na kadar uzanmaktad?r. Tüm tane boyutlar? yelpazesi, malzeme sistemlerinin ara?t?rma s?n?rlar?n? ke?fetmek i?in yeni yollar a?ar.

?rne?in, William Gon?alves ve ark. büyük ?l?ekli atomik / moleküler paralel simülat?r LAMMPS (Büyük ?l?ekli Atomik / Moleküler Kütle Paralel) kullanarak, atomlar aras?ndaki etkile?imi tan?mlamak i?in Wolf BKS (van Beest, Kramer ve van Santen) potansiyel fonksiyonunu kulland?. Simülat?r) silika aerojellerin elastikiyet ve mukavemetinin moleküler dinami?ini inceledi. H?z Verlet algoritmas?n? ve 1.0 fs zaman ad?m?n? kulland?lar ve ü? y?nde de periyodik s?n?r ko?ullar? kulland?lar.

?ekil 2, 7.000.000 atomdan fazla simüle edilmi? büyük hacimli bir numunenin ve 20 nm kal?nl???ndaki bir numune kesitinin ve k?smi büyütülmü? bir g?rünümün (mavi bir oksijen atomudur, k?rm?z? bir silikon atomudur) 3D bir ?ematik diyagramd?r ve ?ekil 3 (a ) bir 803 nm3 aerojeldir. Numune, 300 K'l?k bir gerilim-gerinim e?risi elde etmek i?in tek eksenli bir gerilme testine tabi tutuldu, (bd) tipik bir sünek k?r?lma g?rüntüsü ve (e) gerilme mukavemeti ve numune hacmi aras?nda logaritmik bir ili?ki. Elastikiyet gibi mekanik ?zelliklerin do?ru de?erlendirilmesini sa?lamak i?in, simüle edilmi? numunenin boyutunun g?zenek boyutunun en az 8 kat? oldu?unu, pozitif yüzey yüksekli?ine sahip silika aerojel, statik ko?ullar.

?ekil 2 Simüle edilmi? silika aerojel ?rne?i (yedi milyondan fazla atom)

?ekil 3 Tek eksenli ?ekme testinin gerilme-?ekil de?i?tirme e?risi (a), kuvvet-hacim ili?kisi (e) ve k?r?k g?rüntüsü (bd)

Genel olarak, kritik tane boyutu dc yakla??k 20-30 nm'dir ve tane boyutu (50-100 nm) i?in daha büyük deformasyon esas olarak ??k?klarla belirlenir; tane boyutu 30 nm'den az oldu?unda, esas olarak GB deformasyon sürecine bask?nd?r ve tane boyutu azal?r. Bu, gü? ve ak?? stresinde bir azalmaya, yani bir "Hall-Petch etkisi" ne neden olur. Bununla birlikte, fcc ve bcc metallerinde GB'leri modellemek i?in kullan?lan ?ok g?vdeli ve ?ift potansiyeller aras?ndaki kapsaml? kar??la?t?rma, bu farkl? kuvvet tan?mlar? taraf?ndan ?ng?rülen davran??ta ?ok az niteliksel fark oldu?unu ortaya koymaktad?r ve bu da ?ok g?vdeli etkilerin GB davran???na bask?n olamayabilece?ini dü?ündürmektedir.

Bejaud, J. Durinck ve ark. deforme olmu? ikizler ve nanoyap?l? Cu / Ag arayüzleri aras?ndaki etkile?imi incelemek i?in moleküler dinamik simülasyonu kulland? ve arayüz yap?s?n?n ikizlerin ?ekirdeklenmesi, geni?lemesi ve kal?nla?mas? üzerindeki etkilerini analiz etti ve uyumsuzluk arayüzünü a??klad?. ??k?k ?zgaras?n?n rolü. ?ekil 4, Shockley k?smi ??k?k ?zgaras?n? (siyah ?izgilerle vurgulanm??t?r), ü?gen deseni (beyaz b?lüm) ve arabirimdeki istifleme hatas? da??l?m?n? g?sterir. Bunlar aras?nda, atom merkezi simetri parametresine g?re renklendirilir, mavi atom mükemmel FCC ortam?ndad?r ve k?rm?z? atom istifleme hatas? veya e?le?tirme ar?zas?ndad?r.

?ekil 4 (a) Arayüz boyunca Cu ve Ag atomlar?n?n üstten g?rünümü: (ai) COC arayüzü, (a.ii) TO arayüzü, (b) X = <011> y?nü boyunca yan g?rünüm: (bi) COC'de uyumlu b?lge, i?sel istifleme hatas? (ISF) b?lgesi, (b.ii) TO arabirimi ile d?nü?ümlü olarak bulunur ve ?ift kusur b?lgesi sürekli olarak Cu katman?nda ve Ag katman?nda bulunur.

?ekil 5, gerilimin bir fonksiyonu olarak ikizlerin gerilme-?ekil de?i?tirme e?risini ve ikizlerin atomik oran?n? g?stermektedir. Analiz yoluyla, arayüzün Lomer ??k?klar? yoluyla ikiz ??k?klar?n ?ekirdeklenmesini do?rudan veya dolayl? olarak indükleyebildi?ini ve heterojen arayüz yap?s?n?n mekanik e?le?tirme i?leminin farkl? ad?mlar?n? nas?l etkiledi?ini, b?ylece nano-yap?land?r?lm?? Cu / Ag'de tantal olu?umunu nas?l etkiledi?ini buldular. Kristalin boyutu. Bu atom ?l?e?i y?ntemi, nano ?l?ekli kompozitlerde mekanik e?le?tirme i?lemi i?in baz? yararl? teorik temeller sa?lar.

?ekil 5 (a) gerilim-gerinim e?risi, (b) gerinmenin bir fonksiyonu olarak ikizlerin atomik oran?

Deformasyon mekanizmas?n? kontrol ederken mekanik ?zellikleri ayarlamak i?in ?ok katmanl? malzemeler tasarlamak s?cak bir konudur, ?ünkü e?le?tirme nano katmanlar?n ve nanokristalin malzemelerin mekanik ?zelliklerinin eklenmesine izin verir. Bu ba?lamda, bu ?al??ma ikili arayüz etkile?iminin mekanizmas?n? anlamak i?in anahtar sa?lar ve heterofazik arayüzlerin e?le?tirmeyi te?vik etti?i g?rü?ünü destekler.

Dü?ük simetrili hcp yap?sal metalleri i?eren ultra ince ?l?ekli katmanl? kompozitler i?in, ?ok say?da heteroara yüzey, nükleer ???nlaman?n neden oldu?u bo?luklar ve ara atomlar gibi kusurlar? etkili bir ?ekilde absorbe edebilir ve hcp metallerinin kendileri dü?ük yo?unlu?a, spesifik dayan?kl?l??a sahiptir ve son y?llarda Ti, Zr, Mg ve di?er metallerden olu?an alt?gen ?ok katmanl? malzemeler, yüksek ?zgül sertlikleri ve iyi elektrik ve ?s? iletkenlikleri nedeniyle insanlar?n ilgisini ?ekmeye ba?lam??t?r. Bununla birlikte, kristal yap? simetrisi yüksek olan fcc ve bcc metalleriyle kar??la?t?r?ld???nda, hcp metalinin oda s?cakl???nda zay?f plastik deformasyon kabiliyeti vard?r ve bu da ilgili kompozit malzemelerin kullan?m?n? k?s?tlar.

Atomik ?l?e?in uzamsal ve zamansal ??zünürlü?üne ek olarak, moleküler dinamik simülasyonu, arayüzey yap?, itici gü? ve atomik mekanizma gibi tamamen karakterize edilmi? ideal nanokristal modelin davran???n?; ?te yandan, ?ok yüksek tane s?n?rlar? ve pozisyonlar?nda olabilir. Büyük plastik deformasyon davran??? yanl?? yo?unlukta g?zlendi. ?rne?in, dislokasyon ?ekirdekle?me mekanizmas?, tane s?n?r? s?ndürme, nanokristalin Al'de mekanik e?le?tirme, tane boyutunun dislokasyondan tane s?n?r?na ba?l? deformasyon mekanizmas?na indirgenmesi, kesme band?n?n g?zlemlenmesi ve k?r?lma yüzeyi ili?kisi.

Buna ek olarak, pratik uygulama ve ara?t?rma sürecinde, farkl? problem tan?mlar? ve se?imleri i?in teorik model, dinamikler ?ok say?da teorik dal geli?tirmi?tir, ?rne?in, Pennsylvania üniversitesi'nden Jian Han, Spencer L. Thomas ve di?erleri s?n?r?n gücü Ba?lant? kopmas?n?n tan?m?, polikristalin malzemelerin tane s?n?r dinami?i kavram?n? ?zetler, Zheng Ma ve ark. yüzey / arayüz kineti?inin yan? s?ra FeCO3'ün ??kelme kineti?ini inceledi.