30 августа 2014

Моделирование методами молекулярной динамики

Нагревание наночастицы

Молекулярная динамика (МД) - совокупность методов и алгоритмов, предназначенных для моделирования различных систем с разрешением на уровне отдельных частиц. Методы МД являются мощным инструментом, который помогает установить связь между различными закономерностями в микро и макро мире.

Плавление кристаллической пластинки

Современные вычислительные мощности позволяют с успехом применять методы МД для решения широкого круга задач во многих областях науки и техники, таких как: физика конденсированного состояния, нанотехнологии, наука о материалах, биофизика, фармацевтика и многие другие.

Формирование капель жидкости из газа

Особую популярность методы МД приобрели в задачах исследования различных структур, например: воды, аморфные состояний, органических макромолекул (белки протеины). Методы МД позволяют проникнуть в суть явлений, экспериментальное исследование которых проблематично или невозможно: исследование особенностей вещества в условиях наноконфайнмента, изучение быстропротекающих процессов, процессов, протекающих в экстремальных условиях.

Понижении температуры в двухмерной системе

На сегодняшний день, моделирование методами МД является быстро развивающейся областью computer science, а развитие вычислительной техники, позволяет использовать МД для решение все более широкого круга задач.

Расслоения при понижении температуры

При помощи методов МД можно наблюдать за изменением динамики частиц, в случае если система претерпевает фазовый переход. В обоих случая отчетливо видно образование газовой фазы, которая находится в равновесии с жидкостью. Методами МД можно наблюдать и за обратными процессами.

Движение частиц

Методы МД позволяют наблюдать за структурными изменениями на молекулярном уровне, при неравновесных фазовых переходах. Лейнинг ― это явление которое можно наблюдать в системах где два разных типа частиц (A и B) вынуждены двигаться навстречу друг другу, например, системы частиц разного знака, находящиеся в электрическом поле.

Выстраивание в полосы

В отсутствии лейнинга, частицы А будут достаточно беспорядочно протискиваться в своем направлении сквозь движущийся им на встречу поток частиц В. Однако при некоторых условиях происходит принципиальное изменения механизма протекания частиц: частицы типа А начнут выстраиваться в длинные полосы, аналогично будут вести себя и частицы B, в итоге вся система распадается на совокупность длинных цепочек однотипных частиц.

Мембрана

Такие цепочки движутся навстречу друг другу практически не испытывая сопротивления со стороны частиц другого типа. Лейнинг может возникать в коллоидных системах, в плазме и в ряде других систем, важных как с теоретической, так и с прикладной точки зрения