Цикл лекций ведущего ученого Талгата Инербаева

В НИТУ «МИСиС» состоится цикл лекций ведущего ученого Талгата Инербаева из Евразийского Национального Университета им. Л.Н. Гумилева, г. Астана

Талгат Инербаев - победитель открытого международного конкурса на получение грантов НИТУ «МИСиС» для поддержки приглашения ведущих ученых на короткий срок для проведения совместных научных исследований в области развития научного направления.

Место проведения: НИТУ «МИСиС», аудитория Б-607

 

Программа: 

5 июня в 14:30, аудитория Б-607

Лекция 1 «Обзор основных методов компьютерного моделирования свойств материалов»

Бурный рост производительности современных вычислительных систем привело к резкому удешевлению машинного времени, что делает методы компьютерного моделирования мощным и относительно дешевым инструментом исследования. Современные теоретические методы позволяют моделировать широкий спектр физико-химических свойств материалов. Во многих случаях такого рода моделирование позволяет получить детальную картину исследуемых процессов, при том, что аналогичные данные получить или крайне тяжело и требует огромных усилий, или в настоящее время невозможно в принципе. В зависимости от поставленной задачи и исследуемого объекта необходимо использовать различные методы исследования. Так, при изучении динамики движения атомов возможно использование аналитических атом-атомных потенциалов. Преимуществом данного подхода является его вычислительная дешевизна, проявляющаяся в том, что многие интересующие физические свойства сложных систем зависят от производных потенциальной энергии межатомного взаимодействия. В данном случае эти производные можно рассчитать аналитически, что резко сокращает количество вычислений, что позволяет анализировать системы с большим (до сотен тысяч) атомов. Недостатком такого подхода является необходимость знания аналитических выражений для энергии взаимодействия между собой для различных атомов и ионов, а также невозможность рассмотрение систем, в которых происходит перенос заряда и/или химические реакции. Для более точного описания свойств материалов используют так называемое моделирование «из первых принципов», или ab initio расчеты. Термин «из первых принципов» означает, что при моделировании не используются эмпирические и подгоночные параметры, кроме мировых констант, таких как заряд и масса электрона, масса протона, постоянная Планка и скорость света. Моделирование в данном случае основано на решении уравнения Шредингера (если можно пренебречь релятивистскими эффектами) для многоэлектронной задачи. Особым способом описания многоэлектронных систем является метод теории функционала плотности. Строго говоря, эта теория не относится к ab initio методам в виду самого способа построения используемых функционалов, хотя в литературе его часто к ним относят. Для решения задачи описания свойств многоэлектронных систем за последние десятилетия разработано огромное количество методов и алгоритмов, реализованных в большом количестве различных программных продуктов. Различные аспекты реализации указанных методик, их сильные и слабые стороны будут обсуждены.  


6 июня в 14:30, аудитория Б-607

Лекция 2 «Методы расчета электронных свойств молекул и твердых тел в основном и возбужденных состояниях»

Теория электронной структуры материалов - это очень широкая область, которая охватывает как кристаллические (идеальные кристаллы и кристаллы с дефектами), так и некристаллические (аморфные) твердые тела, а также молекулы и наночастицы. Эта теория описывает и объясняет различные свойства материалов (механические, электрические, оптические, магнитные и другие) и разнообразные протекающие в объеме и на поверхности процессы, в том числе и такие специальные, как природа электрического сопротивления, фазовые переходы, магнитное упорядочение, рост кристаллов, дефектообразование при воздействии температуры и излучений, коррозию и многие другие. Несмотря на долгую историю развития физики твердого тела, природа некоторых явлений до сих пор не получила детального объяснения. Например, в теории твердого тела долгое время с успехом использовалась, и продолжает использоваться, так называемая, зонная схема, в которой энергетический спектр и свойства твердого тела описываются с помощью рассмотрения поведения одного электрона в периодическом поле. Однако, эта простая теория годится лишь в тех случаях, когда детали электрон-электронного взаимодействия не важны. При этом используется так называемое адиабатическое приближение, или приближение Борна-Оппенгеймера, которое заключается в том, что электронные степени свободы мгновенно успевают подстроиться под текущую атомную конфигурацию. В других случаях, например при описании экситонов, электрон-электронное взаимодействие оказывается существенным и приходится использовать более сложные многоэлектронные теории. Некоторые задачи, относящиеся к переносу и безызлучательной релаксации электронных возбуждений требуют выхода за пределы адиабатического приближения. Моделирование таких задач необходимо для описания процессов фотоиндуцированного переноса заряда в солнечных батареях.


7 июня в 14:30, аудитория Б-607

Лекция 3 «Моделирование динамических и термодинамических свойств. Дефекты в твердых телах. Адсорбция. Химические реакции»

При любой температуре атомы в кристалле совершают малые колебания около своих положений равновесия; при абсолютном нуле - в результате нулевых колебаний, при конечной температуре - вследствие тепловых флуктуаций. Если потенциальную энергию кристалла разложить в ряд по степеням амплитуд этих малых колебаний и пренебречь всеми членами, следующими за квадратичными, то мы получим потенциальную энергию в так называемом гармоническом приближении. Теория локального движения атомов в решетке несколько сложнее теории термодинамических свойств кристалла. Это объясняется тем, что последняя оперирует только со средними характеристиками движения, в то время как первая рассматривает колебания отдельных атомов или отдельные нормальные колебания. Обсуждение динамики решетки наиболее удобно начать с предположения о бесконечно большом кристалле, так как полная периодичность идеальной решетки, являющаяся следствием отсутствия границ, сильно упрощает построение теории. Метод решеточной динамики заключается в предположении, что все атомы в системе совершают малые колебания вблизи положений равновесия. Для точного теоретического описания динамики атомов необходимо знать с хорошей точностью значения вторых производных энергий атомов вблизи равновесных позиций относительно координат атомов. Такой подход позволяет заменить рассмотрение сложной многоатомной системы к рассмотрению идеального газа фононов. Статистическая сумма полученного газа фононов находится точно, что позволяет провести полный анализ термодинамических свойств рассматриваемого материала. Ограничением точности данного подхода является пренебрежение вкладом производных потенциальной энергии высшего порядка, или, другими словами, ангармонических вкладов. Помимо колебаний решетки, при моделировании свойств кристаллов необходимо учитывать и вклады дефектов в электронные свойства твердых тел. Методы расчета энергии образования дефектов включают в себя помимо сравнения термодинамических потенциалов рассматриваемых систем еще и учет энергии электронного газа и поправок в полную энергию в случае рассмотрения заряженных дефектов.


 

Возврат к списку

Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика