材料的原子建模欧洲杯足球竞彩

原子建模技术使用现代计算能力，在材料建模中明确包含每个原子。由于相互作用的原子是所有材料科学的基础，原子模型有助于使计算材料研究的一个新领域。使用原子建模的虚拟计算实验可以大大降低成本，加快理解和开发新材料的时间尺度。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

然而，建模每个原子及其相互作用是极其密集的计算，这限制了可以模拟的时间和长度尺度。在20世纪70年代早期的原子建模中，即使是最快的计算机也只能对少数原子进行完整的量子力学计算，比如可能存在于简单晶体单元或分子中的原子。

当时的原子建模里程碑包括预测Si和Ge相的电子带结构等研究¹。然而，在过去40年里，计算和计算技术的巨大进步已经改变了原子建模，使今天研究复杂系统和几何成为可能。例如，现在可以对数百个原子进行常规的全量子模拟，预测从半导体缺陷到各种性质²锂电池的传输机制^3.。

除了基于量子力学的技术，原子模型也可以通过原子之间的有效相互作用来完成，称为原子间的相互作用势。原子间相互作用势没有明确地处理电子的量子性质，这使得基于这些势的模型比基于量子方法的模型计算速度要快得多。这种基于原子间势的模型可能不像量子力学方法那样精确，但可以模拟数十亿原子，模拟纳米晶体材料中的辐射损伤等复杂材料过程欧洲杯足球竞彩⁴以及表面之间的摩擦⁵。

原子建模最近变得如此快速和稳健，以至于现在可以将高通量计算和数据挖掘工具结合起来，在计算机上执行组合化学的等效操作，在成分空间中搜寻具有最佳性质的新化合物。这些高通量计算技术已经被用于建立有价值的合金结构能数据库⁶，预测晶体结构^7、8并定制设计更活跃的催化剂⁹。

作为原子建模日益重要的例证，考虑到与密度泛函理论(DFT)有关的出版物，这是当今使用的最强大的量子力学原子建模方法之一。自60年代早期DFT发展以来，它的使用几乎呈指数级增长，在40年里，其发表速度大约每十年增长10倍(图1)。如今，DFT每年贡献约10,000篇论文。

图1。每年包含主题词“密度泛函理论”或“DFT”的出版物数量(来自ISI Web of Science)。欧洲杯线上买球

威斯康星大学麦迪逊分校的计算材料小组欧洲杯足球竞彩，由Dane Morgan教授和Izabela Szlufarska教授创立，专注于使用原子建模工具来理解和开发材料。戴恩·摩根教授利用量子力学和基于原子间势的建模的能力来预测广泛的材料的性质，包括核反应堆的燃料和包层，电池和燃料电池和电子发射体电极，地球深处的材料，含水矿物界面，欧洲杯足球竞彩以及半导体的缺陷。

例如，计算材料组的研究生爱德华·霍尔比使用量子力学来预测含有数欧洲杯足球竞彩百个原子的纳米颗粒催化剂的稳定性，展示了它们的能量学如何与粒子稳定性的经典吉布斯-汤姆逊定律相关联(图2)。对纳米粒子能量学的理解帮助我们了解，纳米粒子催化剂的尺寸即使只有一个纳米的变化，也可以极大地提高其耐久性¹⁰. 在计算能力不断提高和模拟方法不断改进的推动下，原子建模必将成为未来材料科学的一个重要组成部分。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

图2。从宏观定律(吉布斯-汤姆逊)和密度函数理论预测的Pt纳米粒子的能量作为尺寸的函数。

工具书类

1.J. D. Joannopoulos和M. L. Cohen, Ge和Si的复合晶体和非晶相的电子性质。态密度和能带结构，物理评论b7, 2644(1973)。
2.C. G. Van de Walle和J. Neugebauer，缺陷和杂质的第一性原理计算:应用于iii -氮化物，应用物理学报95,3851(2004)。
3.D. Morgan, A. Van der Ven, and G. Ceder, Li电导率在Li中_xMPO₄（M=Mn，Fe，Co，Ni）橄榄石材料，电化学和固态字母欧洲杯足球竞彩7，A30（2004）。
4.N. Swaminathan, P. J. Kamenski, D. Morgan, I. Szlufarska，晶粒尺寸和晶界对纳米晶c - sic缺陷产生的影响，将发表在《材料学报》(2010)。
5.Y. F. Mo, K. T. Turner, I. Szlufarska，纳米尺度上的摩擦定律，《自然》457,1116(2009)。
6.S. Curtarolo, D. Morgan，和G. Ceder, abo -initio方法预测金属晶体结构的准确性:80种二元合金综述，CALPHAD 29, 163(2005)。
7.C. Fischer, K. Tibbetts, D. Morgan，和G. Ceder，预测晶体结构:将数据挖掘与量子力学合并，自然材料5,641(2006)。欧洲杯足球竞彩
8.A. R. Oganov等，元素硼的离子高压形式，自然457,863(2009)。
9J.K.Norskov，T.Bligaard，J.Rossmeisl和C.H.Christensen，《固体催化剂的计算设计》，自然化学1，37（2009）。
10E.F.Holby，W.C.Sheng，Y.Shao Horn和D.Morgan，质子交换膜燃料电池中铂纳米颗粒稳定性：颗粒尺寸分布和交叉氢的影响，能源与环境科学2865（2009）。欧洲杯线上买球