?? h? m? ph?ng vi m? ph?n ánh ???c các hi?n t??ng th?c nghi?m v? m?, c?n ph?i tái t?o ??nh k? h? ??i t??ng m? ph?ng th?ng qua các ?i?u ki?n biên tu?n hoàn ?? tránh các hi?u ?ng biên kh?ng t?n t?i trong th?c t?. V? nguyên t?c, nghiên c?u ly thuy?t v? b?t k? h? th?ng phan t? nào ??u yêu c?u gi?i ph??ng trình Schr?dinger ph? thu?c vào th?i gian. Tuy nhiên, trong th?c t?, ng??i ta chú y nhi?u h?n ??n qu? ??o c?a h?t nhan. M?t qu? ??o nh? v?y có th? thu ???c b?ng cách gi?i ph??ng trình c? h?c c? ?i?n c?a chuy?n ??ng s? d?ng x?p x? Born-Oppenheimer. Alder và Wainwright ?? nói r?ng thí nghi?m m? ph?ng trên máy tính s? tr? thành c?u n?i quan tr?ng n?i hi?n t??ng thí nghi?m v? m? và b?n ch?t vi m?. Sau 10 n?m th?c hi?n các thí nghi?m m? ph?ng ??ng l?c h?c phan t? ??u tiên, nhà v?t ly ng??i Pháp Verlet ?? ?? xu?t m?t thu?t toán tích h?p cho các ph??ng trình chuy?n ??ng c?a Newton. ??ng th?i, m?t b? thu?t toán khác ?? t?o và ghi l?i các c?p nguyên t? lan c?n ???c ?? xu?t, giúp ??n gi?n hóa(chǎn) r?t nhi?u vi?c tính toán t??ng tác gi?a các nguyên t?. Hai thu?t toán này v?n ???c s? d?ng r?ng r?i trong th?c t? ? m?t s? bi?n th? [1, 2].

M?t lo?t các ph??ng pháp m? ph?ng c?p ?? nguyên t? ?? ???c phát tri?n trong vài th?p k? qua, bao g?m t?nh h?c m?ng tinh th?, ??ng l?c h?c m?ng tinh th?, Monte Carlo và ??ng l?c h?c phan t?. Trong s? ?ó, ??ng l?c h?c phan t? ??c bi?t phù h?p ?? nghiên c?u bi?n d?ng d?o. Nó nghiên c?u hành vi th?i gian th?c c?a quá trình bi?n d?ng th?ng qua gi?i ph??ng trình Newton c?a h? t??ng tác nguyên t? c?a m?t s? hàm th? n?ng t??ng tác gi?a các nguyên t? xác ??nh và bao g?m s? kh?ng ??n gi?n hóa(chǎn) c?a m?ng tinh th?. Tính hài hòa, ?? kh?ng ??ng ??u v? ?? cao c?a ?ng su?t bên trong và ph?n ?ng nh?t th?i c?a h?.

??ng l?c h?c phan t? ch? y?u d?a vào c? h?c Newton ?? m? ph?ng chuy?n ??ng c?a h? phan t? ?? l?y m?u t? các h? g?m các tr?ng thái khác nhau c?a h? phan t?, t? ?ó tính toán c?u hình tích phan c?a h?, và ti?p t?c tính toán h? th?ng d?a trên k?t qu? c?a c?u hình tích phan. Các ??i l??ng nhi?t ??ng và các tính ch?t v? m? khác. Nó gi?i quy?t ph??ng trình chuy?n ??ng c?a m?t h? th?ng ?a v?t bao g?m h?t nhan và electron. Nó là m?t ph??ng pháp tính toán có th? gi?i quy?t v?n ?? ??ng l?c h?c h? th?ng c?a m?t s? l??ng l?n các thành ph?n nguyên t?. Nó kh?ng ch? có th? m? ph?ng tr?c ti?p các ??c ?i?m ti?n hóa(chǎn) v? m? c?a m?t ch?t mà còn có th? th?ng nh?t v?i các k?t qu? th? nghi?m. Các phép tính t??ng t? c?ng có th? cung c?p hình ?nh r? ràng v? c?u trúc vi m?, chuy?n ??ng c?a h?t và m?i quan h? c?a chúng v?i các ??c tính v? m?, h? tr? k? thu?t m?nh m? cho vi?c phát tri?n các ly thuy?t và khái ni?m m?i.

??i t??ng c?a ??ng l?c h?c phan t? là m?t h? th?ng h?t. T??ng tác gi?a các nguyên t? trong h? ???c m? t? b?ng hàm th?. Do ?ó, vi?c l?a ch?n chính xác lo?i hàm ti?m n?ng và các tham s? c?a nó ?óng m?t vai trò quan tr?ng trong k?t qu? m? ph?ng. Trong h?u h?t các tr??ng h?p, hàm th? n?ng ??n gi?n hóa(chǎn) vi?c m? t? bi?n d?ng hình h?c c?a phan t? ??n m?c ch? s? d?ng thu?t ng? ?i?u hòa ??n gi?n và hàm l??ng giác; thay vì t??ng tác gi?a các nguyên t? liên k?t, ch? có t??ng tác Coulomb và th? Lennard-Jones ???c s? d?ng. K?t h?p ?? m? t?. Trong s? ?ó, m? t? l?c t??ng tác gi?a các nguyên t? th??ng là th?c nghi?m ho?c bán th?c nghi?m, có th? nang cao hi?u qu? tính toán, nh?ng kh?ng th? b?c l? h?t tính ch?t ?a th? c?a liên k?t electron, ??c bi?t là s? ph?c t?p liên quan ??n c?u trúc và hóa(chǎn) h?c c?a nó trong vùng lan c?n c?a các khuy?t t?t. Hàm bi?n phan t? nh?t quán. Ch?c n?ng ti?m n?ng EAM (M? hình nguyên t? nhúng) c?a Daw và Baskws k?t h?p các ??c tính ?a th? c?a liên k?t ?i?n t? ? m?t m?c ?? nào ?ó.

?? tin c?y c?a hàm th? ph? thu?c ch? y?u vào ?? chính xác c?a các tham s? tr??ng l?c và các tham s? tr??ng l?c có th? thu ???c b?ng cách phù h?p v?i d? li?u quan sát th?c nghi?m và d? li?u ab ban ??u c? h?c l??ng t?. Hi?n nay, tr??ng l?c phan t? ???c s? d?ng r?ng r?i nh?t trong m? ph?ng các h? ??i phan t? sinh h?c là tr??ng l?c CHARMM và tr??ng l?c AMBER, là tr??ng l?c phan t? ?? nghiên c?u ban ??u các ??i phan t? sinh h?c. Các th?ng s? tr??ng l?c hi?n t?i v?n ?ang ???c t?i ?u hóa(chǎn) liên t?c và các lo?i phan t? ???c bao ph? c?ng ?ang m? r?ng. M? hình h?t th? ngày càng ???c chú y nhi?u h?n trong nghiên c?u ly sinh tính toán, vì các h?t th? ???c xác ??nh trong m? hình này, t??ng ?ng v?i m?t s? nguyên t? ho?c nhóm nguyên t? ho?c th?m chí phan t? trong m? hình toàn nguyên t?. S? l??ng các h?t trong h? th?ng ???c gi?m xu?ng, do ?ó quy m? th?i gian và kh?ng gian c?a m? ph?ng có th? ???c c?i thi?n ?áng k?, nh?ng các chi ti?t nguyên t? c?ng s? b? m?t. M? ph?ng ??ng l?c h?c phan t? d?a trên m? hình này thích h?p ?? nghiên c?u các hi?n t??ng sinh h?c ch?m ho?c các hi?n t??ng sinh h?c ph? thu?c vào các t?p h?p l?n.

Nguyên t?c c? b?n c?a vi?c thi?t k? tr??ng l?c c? b?n là gi?m thi?u t?ng n?ng l??ng tính toán trong m?t b??c th?i gian ?? t?i ?a hóa(chǎn) quy m? m? ph?ng. ?i?u này ??c bi?t quan tr?ng ??i v?i tr??ng l?c nguyên t? ??y ??, ngay c? ??i v?i cái g?i là m? hình h?t th?. ??c bi?t, nguyên t?c này c?c k? quan tr?ng n?u b?n mu?n m? ph?ng quy m? th?i gian micro giay ho?c th?m chí mili giay.

Hình 1 cho th?y m?i quan h? ngh?ch ??o gi?a các chi?u th?i gian và kh?ng gian c?a ??ng l?c h?c phan t?, t? trái sang ph?i trong hình: (1) n??c, thành ph?n c? b?n c?a t? bào; (2) ch?t ?c ch? trypsin ? bò, m?t lo?i enzyme, "Có th? ki?m tra hành vi th? trên thang th?i gian mili giay; (3) ribosome, m?t thi?t b? sinh h?c ph?c t?p có th? gi?i m? th?ng tin di truy?n và t?o ra protein; (4) các m?nh màng quang h?p c?a vi khu?n màu tím, v?i 25 tri?u nguyên t?, Hình v? cho th?y ph?c h?p thu ánh sáng ???c nhúng trong l?p kép phospholipid và trung tam ph?n ?ng quang hóa(chǎn).

Hình 1 M?i quan h? t? l? gi?a th?i gian và kh?ng gian c?a ??ng l?c h?c phan t? c? ?i?n

V?i s? phát tri?n nhanh chóng c?a b? vi x? ly máy tính và s? phát tri?n c?a các ki?n trúc tính toán song song ? ?t, s? k?t h?p c?a các k? thu?t ki?n trúc ??c quy?n ho?c song song ? ?t v?i các ch??ng trình ??ng l?c h?c phan t? có th? m? r?ng, các m? ph?ng máy tính có ph?m vi t? sai l?ch ??n c? ch? bi?n d?ng d?a trên ranh gi?i h?t. Toàn b? ph?m vi kích th??c h?t m? ra con ???ng m?i ?? khám phá biên gi?i nghiên c?u c?a các h? th?ng v?t li?u.

Ví d?, William Gon?alves et al. ?? s? d?ng hàm th? Wolf BKS (van Beest, Kramer và van Santen) ?? m? t? s? t??ng tác gi?a các nguyên t?, s? d?ng b? m? ph?ng song song nguyên t? / phan t? quy m? l?n LAMMPS (Large-scale Atomic / Molecular Massently Parallel). Simulator) ?? nghiên c?u ??ng l?c h?c phan t? v? ?? ?àn h?i và s?c m?nh c?a silica aerogel. H? ?? s? d?ng thu?t toán v?n t?c-Verlet và b??c th?i gian 1,0 fs, ??ng th?i s? d?ng các ?i?u ki?n biên tu?n hoàn theo c? ba h??ng.

Hình 2 là gi?n ?? 3D c?a m?t m?u th? tích l?n ???c m? ph?ng g?m h?n 7.000.000 nguyên t?, và ph?n m?u dày 20 nm và hình ?nh ???c phóng to m?t ph?n (màu xanh lam là nguyên t? oxy, màu ?? là nguyên t? silicon) và Hình 3 (a ) là m?t aerogel 803 nm 3. M?u ?? ???c th? ?? b?n kéo m?t tr?c ?? thu ???c ???ng cong ?ng su?t-bi?n d?ng 300 K, (bd) là hình ?nh ??t g?y d? u?n ?i?n hình, và (e) m?i quan h? logarit gi?a ?? b?n kéo và kh?i l??ng m?u. H? phan tích r?ng ?? ??m b?o ?ánh giá ?úng các ??c tính c? h?c nh? ?? ?àn h?i, kích th??c c?a m?u m? ph?ng ph?i nh? nh?t 8 l?n kích th??c l?, trong khi silica aerogel có chi?u cao b? m?t d??ng yêu c?u t? l? bi?n d?ng t??ng ??i th?p ?? ??m b?o g?n nh? ?i?u ki?n t?nh.

Hình 2 M?u silica aerogel m? ph?ng (h?n b?y tri?u nguyên t?)

Hình 3: ???ng cong ?ng su?t-bi?n d?ng (a), m?i quan h? s?c b?n-th? tích (e) và hình ?nh ??t g?y (bd) c?a th? nghi?m kéo ??n tr?c

Nói chung, kích th??c h?t t?i h?n dc là kho?ng 20-30 nm, và bi?n d?ng l?n h?n ??i v?i kích th??c h?t (50-100 nm) ch? y?u ???c xác ??nh b?i s? sai l?ch; khi kích th??c h?t nh? h?n 30 nm, nó ch? y?u b? chi ph?i b?i quá trình bi?n d?ng GB, và kích th??c h?t b? gi?m. ?i?u này d?n ??n gi?m s?c m?nh và ?ng su?t dòng ch?y, t?c là "hi?u ?ng ch?ng Hall-Petch". Tuy nhiên, so sánh sau r?ng gi?a các th? n?ng nhi?u ng??i và c?p ???c s? d?ng ?? l?p m? hình GB trong kim lo?i fcc và bcc cho th?y r?ng có r?t ít s? khác bi?t v? ch?t trong hành vi ???c d? ?oán b?i các m? t? l?c khác nhau này, cho th?y r?ng hi?u ?ng ?a ng??i có th? kh?ng chi ph?i hành vi GB.

Bejaud, J. Durinck và c?ng s?. ?? s? d?ng m? ph?ng ??ng l?c h?c phan t? ?? nghiên c?u s? t??ng tác gi?a các c?p song sinh d? d?ng và giao di?n Cu / Ag có c?u trúc nano, ??ng th?i phan tích ?nh h??ng c?a c?u trúc b? m?t ??i v?i s? t?o m?m, m? r?ng và dày lên c?a các c?p song sinh, ??ng th?i gi?i thích giao di?n kh?ng phù h?p. Vai trò c?a l??i l?ch tr?c. Hình 4 cho th?y l??i phan b? m?t ph?n Shockley (???c ?ánh d?u b?ng các ???ng màu ?en), m? hình tam giác (ph?n màu tr?ng) và s? phan b? l?i x?p ch?ng t?i giao di?n. Trong s? ?ó, nguyên t? có màu theo tham s? ??i x?ng trung tam, nguyên t? màu xanh lam ? trong m?i tr??ng FCC hoàn h?o, và nguyên t? màu ?? n?m trong l?i x?p ch?ng ho?c l?i k?t ??i.

Hình 4 (a) Hình chi?u t? trên c?a các nguyên t? Cu và Ag d?c theo m?t phan cách: (ai) m?t phan cách COC, (a.ii) m?t phan cách TO, (b) m?t bên d?c theo h??ng X = <011>: (bi) trong COC Trong giao di?n và tr??ng h?p, vùng k?t h?p xen k? v?i vùng ??t g?y x?p ch?ng (ISF) v?n có, (b.ii) giao di?n TO, và vùng khuy?t t?t kép liên t?c t?n t?i trong l?p Cu và l?p Ag.

Hình 5 cho th?y ???ng cong ?ng su?t-bi?n d?ng và t? l? nguyên t? c?a các c?p song sinh là m?t hàm c?a bi?n d?ng. Th?ng qua phan tích, h? phát hi?n ra r?ng giao di?n có th? tr?c ti?p ho?c gián ti?p t?o ra s? phan chia ??i th?ng qua s? chuy?n v? Lomer, và c?u trúc giao di?n kh?ng ??ng nh?t ?nh h??ng nh? th? nào ??n các b??c khác nhau c?a quá trình k?t ??i c? h?c, do ?ó ?nh h??ng ??n s? hình thành tantali trong Cu / Ag có c?u trúc nano. Kích th??c c?a tinh th?. Ph??ng pháp quy m? nguyên t? này cung c?p m?t s? c? s? ly thuy?t h?u ích cho quá trình k?t ??i c? h?c trong v?t li?u t?ng h?p kích th??c nano.

Hình 5 (a) ???ng cong ?ng su?t-bi?n d?ng, (b) t? l? nguyên t? c?a các c?p song sinh nh? m?t hàm c?a bi?n d?ng

Thi?t k? v?t li?u nhi?u l?p ?? ?i?u ch?nh các ??c tính c? h?c là m?t ch? ?? nóng trong khi ki?m soát c? ch? bi?n d?ng vì s? k?t ??i cho phép k?t h?p các ??c tính c? h?c c?a l?p nano và v?t li?u tinh th? nano. V? v?n ?? này, nghiên c?u này cung c?p chìa khóa(chǎn) ?? hi?u c? ch? c?a t??ng tác giao di?n kép và h? tr? quan ?i?m r?ng giao di?n d? h??ng thúc ??y k?t h?p.

??i v?i các v?t li?u t?ng h?p phan l?p siêu m?n có ch?a các kim lo?i c?u trúc hcp có tính ??i x?ng th?p, m?t s? l??ng l?n các giao di?n d? th? có th? h?p th? hi?u qu? các khuy?t t?t nh? l? tr?ng và các nguyên t? k? do b?c x? h?t nhan gay ra và b?n than các kim lo?i hcp có m?t ??, ?? b?n riêng th?p và trong nh?ng n?m g?n ?ay , các v?t li?u ?a l?p hình l?c giác bao g?m Ti, Zr, Mg và các kim lo?i khác ?? b?t ??u thu hút s? chú y c?a m?i ng??i do ?? c?ng riêng cao và tính d?n ?i?n và nhi?t t?t. Tuy nhiên, so v?i các kim lo?i fcc và bcc có tính ??i x?ng c?u trúc tinh th? cao, kim lo?i hcp có kh? n?ng bi?n d?ng d?o ? nhi?t ?? phòng kém, ?i?u này h?n ch? vi?c s? d?ng các v?t li?u composite có liên quan.

Ngoài ?? phan gi?i kh?ng gian và th?i gian c?a quy m? nguyên t?, m? ph?ng ??ng l?c h?c phan t? có th? m? t? hành vi c?a m? hình tinh th? nano ly t??ng hóa(chǎn) ??y ?? ??c tr?ng, ch?ng h?n nh? c?u trúc giao di?n, l?c d?n ??ng và c? ch? nguyên t?; m?t khác, nó có th? ? ranh gi?i và v? trí h?t r?t cao. Hành vi bi?n d?ng d?o l?n ???c quan sát ? m?t ?? sai. Ví d?, c? ch? t?o m?m l?ch v? trí, d?p t?t ranh gi?i h?t, k?t ??i c? h?c trong tinh th? nano Al, gi?m kích th??c h?t t? s? l?ch h??ng sang c? ch? bi?n d?ng d?a trên ranh gi?i h?t, quan sát d?i c?t và m?i quan h? b? m?t ??t g?y c?a nó.

Ngoài ra, trong quá trình ?ng d?ng và nghiên c?u th?c t?, m? hình ly thuy?t cho các m? t? và l?a ch?n v?n ?? khác nhau, ??ng l?c h?c ?? phát tri?n r?t nhi?u nhánh ly thuy?t, ví d? Jian Han, Spencer L. Thomas c?a ??i h?c Pennsylvania và nh?ng ng??i khác d?a vào s?c m?nh c?a ranh gi?i M? t? s? ng?t k?t n?i tóm t?t khái ni?m v? ??ng l?c h?c biên h?t c?a v?t li?u ?a tinh th?, Zheng Ma et al. ?? nghiên c?u ??ng h?c k?t t?a c?a FeCO3, c?ng nh? ??ng h?c b? m?t / b? m?t phan cách.