Магистратура
2019/2020
Компьютерное моделирование многоатомных систем
Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Курс по выбору (Физика)
Направление:
03.04.02. Физика
Где читается:
Факультет физики
Когда читается:
1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Преподаватели:
Павлова Татьяна Витальевна
Прогр. обучения:
Физика
Язык:
русский
Кредиты:
5
Контактные часы:
50
Программа дисциплины
Аннотация
Целями освоения дисциплины «Компьютерное моделирование многоатомных систем» явля-ются: • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использова-нием современных представлений в области физики конденсированных сред, • приобретение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы, • формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих прово-дить научные исследования и анализировать полученные результаты, • развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физиче-ские модели электронных процессов в твердых телах.
Цель освоения дисциплины
- формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных представлений в области физики конденсированных сред,
- приобретение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы,
- формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты,
- развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах.
Планируемые результаты обучения
- владеет методами квантовых расчетов многоатомных систем. Моделирование атомов и молекул.
- умеет решать задачи на заданную тему
- может выполнить расчет электронной структуры твердых тел и их поверхностей
- умеет рассчитать кинетику реакций взаимодействия атомов и молекул с твердым телом
- знает атомарная термодинамика. Молекулярная динамика
Содержание учебной дисциплины
- Методы квантовых расчетов многоатомных систем. Моделирование атомов и молекул.Мотивация использования квантовых расчетов. Многоэлектронные атомы. Приближение Борна-Оппенгеймера. Одноэлектронное приближение. Модель Томаса-Ферми. Метод Хартри-Фока. Метод функционала плотности. Теоремы Хоэнберга-Кона. Уравнения Кона-Шема. Вариационный метод. Псевдопотенциалы. Корреляционные эффекты. Обменное взаимодействие. Электронные состояния. Модель почти свободных электронов. Приближение плоских волн. Приближение сильной связи. Схема реализации квантовых расчетов. Проведение расчетов в программе VASP. Моделирование атомов и молекул. Расчет полной энергии. Оптимизация геометрии. Визуализация геометрии структуры в программе VMD. Анализ распределения зарядов. Визуализация распределения зарядов в программе VESTA. Расчет колебаний атомов в молекулах.
- Расчет электронной структуры твердых тел и их поверхностейПериодические расчеты. Моделирование твердых тел. Нахождение постоянной решетки. Точность расчета. Исследование сходимости. Анализ зонной структуры. Пример: графен. Моделирование поверхности твердых тел. Релаксация поверхностных слоев. Электронная структура поверхностей. Поверхностные состояния. Реконструкция поверхности. Вычисление свободной энергии поверхности.
- Кинетика реакций взаимодействия атомов и молекул с твердым теломАтомная структура поверхности с адсорбатом. Адсорбция атомов и молекул на поверхность металлов. Построение теоретического СТМ-изображения. Приближения Бардина и ТерсоффаХаманна. Кинетика реакций взаимодействия атомов с твердым телом. Теория переходных состояний. Поверхность потенциальной энергии. Поиск седловых точек. Метод NEB (nudged elastic band) и его реализация в программе VASP. Расчет активационных барьеров реакций. Уравнение Вигнера-Поляни. Построение начальной геометрии. Адсорбция, диффузия и десорбция молекул с поверхности твердых тел. Каталитические реакции.
- Атомарная термодинамика. Молекулярная динамикаАтомарная термодинамика. Зависимость свободной энергии от концентрации адсорбата. Вычисление свободной энергии на основе ТФП-расчетов. Анализ стабильности структур. Квантовая молекулярная динамика. Уравнения движения. Реализация молекулярной динамики в программе VASP. Методы предсказания структур твердых тел.
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Mosiori, C. O., & Njoroge, W. K. (2016). High Speed Semiconductor Physics. Theoretical Approaches and Device Physics. [Place of publication not identified]: Anchor Academic Publishing. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1412459
Рекомендуемая дополнительная литература
- Axel Groß, & Abteilung Theoretische Chemie. (n.d.). Introduction to Theoretical Surface Science. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.5DFA79E6
- Battisti, A., Ciasca, G., & Tenenbaum, A. (2016). Structural analysis of intrinsically disordered proteins: computer atomistic simulation. Italy, Europe: Nova Science Publishers, Inc. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.902AE739
- Brázdová, V., & Bowler, D. R. (2013). Atomistic Computer Simulations : A Practical Guide. Weinheim: Wiley-VCH. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=565726
- Martin, R. M. (2008). Electronic Structure : Basic Theory and Practical Methods (Vol. 1st pbk. ed. with corrections). Cambridge, UK: Cambridge University Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=510974