Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các phương pháp Cơ học lượng tử – Nguyên tử và Cơ học lượng tử – Liên tục trong Nghiên cứu Vật liệu
Tóm tắt
Giao diện giữa các phương pháp cơ học lượng tử với các kỹ thuật mô phỏng nguyên tử cổ điển, chẳng hạn như động lực học phân tử và Monte Carlo, tiếp tục là một lĩnh vực đầy hứa hẹn và thu hút sự quan tâm. Các phương pháp kết hợp lượng tử-nguyên tử đã được phát triển và áp dụng, chẳng hạn, để đạt được sự hiểu biết toàn diện về năng lượng, động học và động thái của các quá trình hóa học liên quan đến bề mặt và giao diện của các vật liệu cứng. Gần đây, đã trở nên khả thi để kết nối trực tiếp các kỹ thuật cấu trúc điện tử nguyên tắc đầu tiên với cơ học rắn liên tục, hoặc thông qua phản hồi giữa các quy mô chiều dài hoặc bằng cách truyền thông tin giữa các quy mô chiều dài. Chúng tôi thảo luận, cùng với các ví dụ hướng dẫn, về sự kết hợp giữa cơ học lượng tử với động lực học phân tử và mô phỏng Monte Carlo, cũng như các kỹ thuật kết hợp lượng tử-liên tục. Chúng tôi minh họa các cơ hội mà việc kết hợp thông tin từ cơ học lượng tử mang lại (giảm bớt các giả định trong các mô hình quy mô chiều dài lớn hơn) và phác thảo các thách thức liên quan đến việc đạt được khả năng dự đoán đầy đủ cho hành vi của các vật liệu.
Từ khóa
#cơ học lượng tử #mô phỏng nguyên tử #động lực học phân tử #Monte Carlo #năng lượng hóa học #vật liệu cứng #cơ học rắn liên tụcTài liệu tham khảo
citation_journal_title=Phys. Rev; citation_author=P. Hohenberg, W. Kohn; citation_volume=136; citation_publication_date=1964; citation_pages=B864; citation_doi=10.1103/PhysRev.136.B864; citation_id=CR1
citation_journal_title=Phys. Rev; citation_author=W. Kohn, L.J. Sham; citation_volume=140; citation_publication_date=1965; citation_pages=A1133; citation_doi=10.1103/PhysRev.140.A1133; citation_id=CR2
T.J.R. Hughes, The Finite Element Method (Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1987).
A. Needleman, Acta Mater. 48, 105 (2000).
L.P. Kubin, G. Canova, Scr. Metall. Mater. 27, 957 (1992).
H.M. Zbib, T. Diaz de la Rubia, V. V. Bulatov, Int. J. Mech. Sci. 124, 78 (2002).
G. Lu, E. Kaxiras, in Handbook of Theoretical and Computational Nanoscience, M. Rieth, W. Schommers, Eds., vol. X, chap. 22 (American Scientific, 2005).
I.M. Robertson, D.H. Lassila, B. Devincre, R. Phillips, Eds., Multiscale Phenomena in Materials—Experiments and Modeling (Mater. Res. Soc. Proc. 578, Materials Research Society, Warrendale, PA, 2000).
L.P. Kubin, R.L. Selinger, J.L. Bassani, K. Cho, Eds., Multiscale Modeling of Materials—2000 (Mater. Res. Soc. Proc. 653, Materials Research Society, Warrendale, PA, 2001).
X.-P. Xu, A. Needleman, J. Mech. Phys. Solids 42, 1397 (1994).
G.T. Camacho, M. Ortiz, Int. J. Solids Struct. 33, 2899 (1996).
M.L. Falk, A. Needleman, J.R. Rice, J. Phys. IV 11, 43 (2001).
J.P. Hirth, J. Lothe, Theory of Dislocations (Wiley, New York, 1982).
W. Cai, A. Arsenalis, C.R. Weinberger, V.V. Bulatov, J. Mech. Phys. Solids 54, 561 (2006).
E.B. Tadmor, U.V. Waghmare, G.S. Smith, E. Kaxiras, Acta Mater. 50, 2989 (2002).
S. Serebrinsky, E.A. Carter, M. Ortiz, J. Mech. Phys. Solids 54, 2403 (2004).
D.E. Jiang, E.A. Carter, Acta Mater. 52, 4801 (2004).
A. van der Wen, G. Ceder, Phys. Rev. B 67, 060101 (2003).
O. Nguyen, M. Ortiz, J. Mech. Phys. Solids 50, 1727 (2002).
R.L. Hayes, M. Ortiz, E.A. Carter, Phys. Rev. B 69, 172104 (2004).
M. Ortiz, R. Phillips, Adv. Appl. Mech. 36, 1 (1999).
F. Abraham, J. Broughton, N. Bernstein, E. Kaxiras, Comput. Phys. 12, 538 (1998).
J. Broughton, F. Abraham, N. Bernstein, E. Kaxiras, Phys. Rev. B 60, 2391 (1999).
G. Lu, E.B. Tadmor, E. Kaxiras, Phys. Rev. B 73, 024108 (2006).
W.D. Nix, Metall. Trans. A 20A, 2217 (1989).
A.P. Sutton, J.B. Pethica, J. Phys. Condens. Matter 2, 5317 (1990).
M. Fago, R.L. Hayes, E.A. Carter, M. Ortiz, Phys. Rev. B 70, 100102 (2004).
R.L. Hayes. M. Fago, M. Ortiz, E.A. Carter, Multiscale Model. Simul. 4, 359 (2005).
R.L. Hayes, G. Ho, M. Ortiz, E.A. Carter, Philos. Mag. 86, 2343 (2006).
S. Watson, E.A. Carter, Comput. Phys. Commun. 128, 67 (2000).
B. Zhou, Y. Wang, E.A. Carter, Phys. Rev. B 69, 155329 (2004).
S. Watson, B.J. Wesson, E.A. Carter, P.A. Madden, Europhys. Lett. 41, 37 (1998).
Y.A. Wang, E.A. Carter, in Theoretical Methods in Condensed Phase Chemistry, in the series Progress in Theoretical Chemistry and Physics, S. Schwartz, Ed. (Kluwer, Dordrecht, 2000), pp. 117–184.
C. Woodward, S.I. Rao, Phys. Rev. Lett. 88, 216402 (2002).
C. Woodward, Mater. Sci. Eng. A 400, 59 (2005).
D.R. Trinkle, C. Woodward, Science 310, 1665 (2005).
R. Car, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 55, 2471 (1985).
M. Born, J.R. Oppenheimer, Annu. Phys. 84, 457 (1927).
R.N. Barnett, U. Landman, A. Nitzan, G. Rajagopal, J. Chem. Phys. 94, 608 (1991).
D.A. Gibson, I.V. Ionova, E.A. Carter, Chem. Phys. Lett. 240, 261 (1995).
D. Marx, J. Hutter, in Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry, J. Grotendorst, Ed. (John von Neumann Institute for Computing, Jülich, 2000), pp. 329–477.
M.R. Radeke, E.A. Carter, Annu. Rev. Phys. Chem. 48, 243 (1997).
J.S. Tse, Annu. Rev. Phys. Chem. 53, 249 (2002).
P.C. Weakliem, C.J. Wu, E.A. Carter, Phys. Rev. Lett. 69, 200 (1992).
P.C. Weakliem, E.A. Carter, J. Chem. Phys. 98, 737 (1993).
P.A. Madden, R. Heaton, A. Aguado, S. Jahn, J. Mol. Struct.: THEOCHEM 771, 9 (2006).
A.C.T. van Duin, S. Dasgupta, F. Lorant, W.A. Goddard, J. Phys. Chem. A 105, 9396 (2001).
A.C.T. van Duin, A. Strachan, S. Stewman, Q. Zhang, X. Xu, W.A. Goddard, J. Phys. Chem A 107, 3803 (2003).
M.J. Buehler, A.C.T. van Duin, W.A. Goddard, Phys. Rev. Lett. 96, 095505 (2006).
G. Csányi, T. Albaret, M.C. Payne, A. De Vita, Phys. Rev. Lett. 93, 175503 (2004).
G. Csányi, G. Moras, J.R. Kermonde, M.C. Payne, in Top. Appl. Phys. 104, D.A. Drabold, S.K. Estreicher, Eds. (Springer, Berlin, 2007), pp. 193–212.
N. Govind, Y.A. Wang, E.A. Carter, J. Chem. Phys. 110, 7677 (1999).
A.B. Bortz, M.H. Kalos, J.L. Lebowitz, J. Comp. Phys. 17, 10 (1975).
K.A. Fichthorn, W.H. Weinberg, J. Chem. Phys. 95, 1090 (1991).
K. Reuter, M. Scheffler, Phys. Rev. B 73, 045433 (2006).
K. Reuter, C. Stampfl, M. Scheffler, in Handbook of Materials Modeling, Part A: Methods, S. Yip, Ed. (Springer, Berlin Heidelberg, 2005), pp. 149–194.
M.R. Radeke, E.A. Carter, Phys. Rev. B 54, 11803 (1996).
A.F. Voter, F. Montalenti, T.C. Germann, Annu. Rev. Mater. Res. 32, 321 (2002).
P.J. Feibelman, Phys. Rev. Lett. 65, 729 (1990).
G. Henkelman, H. Jónsson, Phys. Rev. Lett. 90, 116101 (2003).
G. Henkelman, H. Jónsson, J. Chem. Phys. 121, 9776 (2004).
A. Karim, A.N. Al-Rawi, A. Kara, T.S. Rahman, O. Trushin, T. Ala-Nissila, Phys. Rev. B 73, 165411 (2006).
Q. Cui, H. Guo, M. Karplus, J. Chem. Phys. 117, 5617 (2002).
citation_journal_title=Annu. Rev. Phys. Chem; citation_author=J. Gao, D.G. Truhlar; citation_volume=53; citation_publication_date=2002; citation_pages=467; citation_doi=10.1146/annurev.physchem.53.091301.150114; citation_id=CR64
citation_journal_title=Theo. Chem. Acc; citation_author=H. Lin, D. Truhlar; citation_volume=117; citation_publication_date=2007; citation_pages=185; citation_doi=10.1007/s00214-006-0143-z; citation_id=CR65