ШТАНГ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАНОСИСТЕМ Учебно-методическое пособие Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. <...> Звонарев, В. С. Кортов, Т. В. Штанг МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАНОСИСТЕМ Рекомендовано методическим советом УрФУ в качестве учебно-методического пособия для студентов, обучающихся по направлению 210100 – Электроника и наноэлектроника Екатеринбург Издательство Уральского университета 2014 УДК 001.891.57:539-022.532 ББК 22.37в631 З-43 Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, проф., зав. лабораторией математического моделирования Института промышленной экологии УрО РАН А. Н. <...> Б. В. Шульгин З-43 Звонарев, С. В. Моделирование структуры и свойств наносистем : учебнометодическое пособие / С. В. Звонарев, В. С. Кортов, Т. В. Штанг. <...> 4 Факторами, определяющими уникальные свойства наноматериалов, являются размерные, электронные и квантовые эффекты образующих их наночастиц, а также очень развитая поверхность. <...> Отсутствует дальний порядок, свойственный кристаллам и позволяющий уменьшить число независимых степеней свободы системы. <...> Ближний порядок, характерный для жидкостей, не позволяет определить все функциональные свойства наноматериалов. <...> Вычислительная нанотехнология крайне важна для создания прототипов наноматериалов, устройств, систем и разнообразных приложений. <...> Вычислительная нанотехнология наряду с теорией и экспериментом является в настоящее время самостоятельным и весьма эффективным методом познания закономерностей наномира, в то же время она включает в себя фундаментальные знания и опытные данные. <...> Основой вычислительной нанотехнологии становится компьютерное моделирование наносистем. <...> Положительным фактором является то, что вычислительная нанотехнология может воспользоваться достижениями нового научного направления в химии – молекулярным моделированием [8]. <...> Если попытаться обозначить основные численные <...>
Моделирование_структуры__с_ивойств_наносистем.pdf
УДК 001.891.57:539-022.532
ББК 22.37в631
З-43
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, проф., зав. лабораторией математического
моделирования Института промышленной экологии УрО РАН
А. Н. Вараксин;
д-р физ.-мат. наук, гл. науч. сотр. Института химии твердого тела
УрО РАН В. П. Жуков
Научный редактор – д-р физ.-мат. наук, проф. Б. В. Шульгин
З-43
Звонарев, С. В.
Моделирование структуры и свойств наносистем : учебнометодическое
пособие / С. В. Звонарев, В. С. Кортов,
Т. В. Штанг. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 120 с.
ISBN 978-5-7996-1203-0
В учебно-методическом пособии рассмотрены основные математические
модели динамики наносистем. Представлены методы математического описания
динамики взаимодействующих частиц. Описаны модели кластерных систем.
Обсуждаются модели транспортно-диффузионного переноса.
Пособие предназначено для студентов вузов, аспирантов и специалистов,
изучающих математическое моделирование физических процессов.
Библиогр.: 49 назв. Табл. 12. Рис. 37.
УДК 001.891.57:539-022.532
ББК 22.37в631
ISBN 978-5-7996-1203-0
2
© Уральский федеральный
университет, 2014
Стр.3
СОДЕРЖАНИЕ
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ
НАНОСИСТЕМ ................................................................................... 3
ЧАСТЬ 1. МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ
ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЧАСТИЦ ................ 11
1.1. Квантовомеханические расчеты «из первых принципов» ..... 11
1.2. Полуэмпирические методы ....................................................... 25
1.3. Молекулярные методы ............................................................... 26
1.4. Методы Монте-Карло ................................................................ 36
Контрольные вопросы ....................................................................... 58
ЧАСТЬ 2. МОДЕЛИ КЛАСТЕРНЫХ СИСТЕМ .......................... 60
2.1. Модели атомной подвижности ................................................. 61
2.2. Структурные модели кластера .................................................. 69
2.3. Фрактальные кластеры ............................................................... 78
Контрольные вопросы ....................................................................... 85
ЧАСТЬ 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТРАНСПОРТНОДИФФУЗИОННОГО
ПЕРЕНОСА .................................................. 86
3.1. Модель заряжения материалов ................................................. 86
3.2. Модель транспорта электронов................................................. 92
3.3. Модель диффузии ....................................................................... 99
Контрольные вопросы ....................................................................... 113
СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК ........................ 114
119
Стр.120