1.1一維的研討進(jìn)程作為機(jī)械系統(tǒng)的根本構(gòu)件的一維納米構(gòu)造,其理論和實(shí)驗(yàn)研討遭到世界范圍內(nèi)的普遍關(guān)注.在過去，由于納米絲的力學(xué)實(shí)驗(yàn)遭到實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制,在普通的實(shí)驗(yàn)室無法停止,但是計算機(jī)模仿能夠經(jīng)過原子運(yùn)動的演化過程展現(xiàn)納米構(gòu)造的變形狀況及其內(nèi)在機(jī)理,有效補(bǔ)償了這一缺陷.
1.1中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授倪向貴等眾多科學(xué)家對納米銅絲、納米鎳絲、等停止了拉伸過程的模仿實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)放在納米構(gòu)造與能量應(yīng)力變化的模仿研討上面,以及外表效應(yīng)如何影響單晶納米資料的整膂力學(xué)和原子運(yùn)動的各種行為,依據(jù)重復(fù)的理論和準(zhǔn)確的計算，終于研討出了納米資料的毀壞失效原理.這一實(shí)驗(yàn)同時也標(biāo)明經(jīng)過樹立模仿模型和有效的計算辦法能十分有效地模仿納米金屬資料在微觀方面的變化過程.
1.2梁海弋等一批科學(xué)家應(yīng)用EAM原子勢函數(shù)的相關(guān)原理模仿研討了納米銅絲的拉伸性能.結(jié)果標(biāo)明，截面的變化對直接影響納米絲拉伸性能.這是由于外表原子松懈,納米絲的外表張應(yīng)力等綜合要素形成的.而且拉伸強(qiáng)度會隨著納米絲截面減小而進(jìn)步，同時會推延屈從和增加初始拉伸模量的軟化水平.
1.2二維的研討進(jìn)程在納米薄膜的制備研討過程中,得出了很多薄膜生長現(xiàn)象,人們需求對其從理論計算上停止科學(xué)的解釋.日本的Huang等一批科學(xué)家對Au原子在MgO外表（100）點(diǎn)缺陷處的團(tuán)簇生出息行了模仿實(shí)驗(yàn),同時也停止了Au原子擴(kuò)散匯集對成膜的模仿研討%3B經(jīng)過研討得出，原子的幾何外形會隨著擴(kuò)散力的不同以及能量的不同而發(fā)作變化.我國知名科學(xué)家張慶瑜在分子動力學(xué)研討的根底上樹立了氣相堆積原子動力學(xué)模型,同時采用MonteCarlo辦法對Au外延薄膜的初期生長過程也停止了模仿研討,指出了薄膜外延生長會隨基體溫度的變化而發(fā)作怎樣的變化.劉祖黎等一批科學(xué)家采用MonteCarlo模型探究出了Pt%2FPt（Ⅲ）薄膜生長初始階段島的形貌與基底溫度之間的詳細(xì)關(guān)系.模型中充沛思索了吸附原子擴(kuò)散、原子堆積與蒸發(fā)等過程,與過去的模型不同的是采用Morse勢來計算粒子之間的互相作用,并細(xì)致充沛思索了臨近和次臨近原子所產(chǎn)生的影響.研討結(jié)果標(biāo)明,島的形貌隨基底溫度的升高,從一個分形生長到凝聚生長的變化全過程.經(jīng)過進(jìn)一步的深化研討標(biāo)明,島的形貌和基底形貌兩者之間的關(guān)系會隨著基底溫度的升高發(fā)作顯著的變化,而基底溫度低時,島的外形與基底形貌沒有任何關(guān)聯(lián).
2目前計算機(jī)模仿研討需求處理的問題
普通來說，納米金屬資料的計算模仿辦法所采用的大多都是原子級模仿技術(shù),它是將納米金屬資料作為數(shù)量較多的單個金屬原子的匯合體,并且將每個金屬原子當(dāng)作彼此獨(dú)立的研討單元來停止模仿實(shí)驗(yàn),然后經(jīng)過統(tǒng)計力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)對其停止規(guī)律性的描繪,并預(yù)測納米金屬資料的微觀構(gòu)造以及功用.但是由于納米金屬資料本身構(gòu)造十分復(fù)雜，以及它對四周環(huán)境無法得到疾速的反響,所以目前還無法運(yùn)用相關(guān)的模仿技術(shù)來得到理想的答案.自己倡議能夠從以下方面停止努力：
2.1選定模仿算法在停止納米金屬資料分子動力學(xué)的模仿實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)當(dāng)是對包括金屬、氧化物、金屬氧化物等一系列的多原子體系實(shí)驗(yàn).由于原子間的作用是一個多體效應(yīng),在這個效應(yīng)當(dāng)中一切的粒子會全部匯集到一同,是無法采用解析的辦法停止求解的.這時我們能夠選用有限差分辦法來停止求解,目前運(yùn)用的最多的包括：蛙跳法、預(yù)測-校正算法和Verlet算法三品種型.值得留意的是，固然目前的計算機(jī)技術(shù)開展疾速,但是地道依賴進(jìn)步單個CPU的計算速度基本就不能滿足越來越繁瑣的計算需求,鑒于此，我們能夠思索停止并行化停止計算，這樣會愈加有效.
2.2要充沛思索粒子間的互相作用微觀粒子的運(yùn)動原本是需求運(yùn)用量子力學(xué)來停止描繪的,但納米金屬資料的構(gòu)造與性能常常會觸及到大量微觀粒子而且還是多體作用,因而用量子力學(xué)第一性原理來對粒子間互相作用求解并非易事,而絕大多數(shù)模仿以為粒子的運(yùn)動遵照牛頓力學(xué)規(guī)律,因而能夠思索采用半經(jīng)歷的原子間互相作用勢來對粒子間的作用停止描繪.普通來講，勢函數(shù)能否牢靠決議了一個分子動力學(xué)模仿能否勝利.原子或者離子間的互相作用勢越復(fù)雜、擬合性質(zhì)越多就越與實(shí)踐的互相作用接近,不過越復(fù)雜的互相作用同時也會加大計算量和模仿量,因而在構(gòu)建或運(yùn)用原子間互相作用勢的過程中,應(yīng)依據(jù)所要研討的問題的詳細(xì)狀況,選擇既能反映互相作用的實(shí)質(zhì),又能夠在計算上實(shí)在可行的互相作用勢.
2.3處置和剖析模仿結(jié)果找到一種適宜的剖析模仿結(jié)果的辦法關(guān)于計算機(jī)模仿來說是至關(guān)重要的.通常狀況下，模仿的軌跡文件只包含了各個粒子的位置、速度和力的相關(guān)信息,因而一定要對這些信息停止有效的處置以后才干得到想要的物理量.而計算機(jī)模仿走向應(yīng)用的關(guān)鍵之處在于，找到適宜的辦法處置結(jié)果,將宏觀現(xiàn)象與微觀軌跡停止有機(jī)聯(lián)絡(luò).模仿結(jié)果的處置無疑會是一個十分復(fù)雜的過程,其重點(diǎn)問題是要從MD模仿的軌跡文件中講可與實(shí)驗(yàn)直接比擬的統(tǒng)計量提取出來.除此之外,軌跡中的坐標(biāo)信息關(guān)于剖析構(gòu)造體系信息也非常重要,而這卻是十分耗時的工作過程.
A3完畢語
綜上所述，隨著時期的開展和科技的進(jìn)步，計算機(jī)模仿技術(shù)在納米金屬資料科學(xué)研討范疇得到越來越普遍的應(yīng)用,目前曾經(jīng)成為資料研討人員的一個不可或缺的工具.我們也有理由置信,隨著更多資料科學(xué)家進(jìn)步計算機(jī)模仿應(yīng)用程度以后,我國在剖析納米金屬資料方面一定會獲得更大的效果.
