"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7906
ETF7906 "Ab-initio, molekulaardünaamika ja Monte-Carlo meetodite kasutamine kristallide mittelineaarsete dünaamika- ja elastsusomaduste arvutamiseks lõplikul temperatuuril (1.01.2009−31.12.2011)", Mihhail Klopov, Tallinna Tehnikaülikool, Matemaatika-loodusteaduskond.
ETF7906
Ab-initio, molekulaardünaamika ja Monte-Carlo meetodite kasutamine kristallide mittelineaarsete dünaamika- ja elastsusomaduste arvutamiseks lõplikul temperatuuril
Application of the ab-initio, molecular dynamics and Monte-Carlo methods for investigation of nonlinear dynamics and elastic properties of crystals at finite temperature
1.01.2009
31.12.2011
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP260 Tahke aine: elektrooniline struktuur, elektrilised, magneetilised ja optilised omadused, ülijuhtivus, magnetresonants, spektroskoopia1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2009−31.12.2009184 320,00 EEK (11 780,20 EUR)
01.01.2010−31.12.2010184 320,00 EEK (11 780,20 EUR)
01.01.2011−31.12.20119 423,60 EUR
32 984,00 EUR

Mikroskoopilised kristalli omaduste arvutusmeetodid (ab-initio, molekulaardünaamika (MD)) on muutunud väga atraktiivseks seoses nende tähtsusega materjaliteaduses. Ab-initio arvutuste edu on seotud tihedusfunktsionaali teooriaga (density functional theory (DFT)), mis võimaldab saavutada suurt täpsust koos arvutusliku efektiivsusega ja ei nõua täiendavaid, katseliselt saadud parameetreid. On tekkinud võimalus materjalide omaduste ennustamiseks ainete elektronstruktuuri täpse arvutamise alusel. Seda tüüpi arvutused lubavad isegi hüpoteetiliste ainete omadusi uurida ilma reaalset eksperimenti teostamata (nn. arvutuslikud katsed). Ab-initio arvutuste kasutamine on suure tähtsusega uute teooriate kontrollimisel ja ka eksperimendi kavandamisel materjaliteaduse erinevatel aladel. Projekti eesmärgiks on lahendada aktuaalseid ILM-i ja LLM-i polarisatsiooniga seotud probleeme ning ILM-i ja LLM-i tekitamise tingimusi erinevates kolmemõõtmelistes kristallides reaalsete vastastikmõju potentsiaalidega, võrdlemaks teooriat eksperimendiga. Kõige sobivamad kristallid selle jaoks on alfa-uraan ja leelis-halogeniidi kristallid, näiteks CsF, NaI, NaF, RbBr (lihtne struktuur, suhteliselt hästi teada olevad ioonidevahelise vastastikmõju potentsiaalid, head perspektiivid eksperimendi teostamiseks).Projekti eesmärk sisaldab ka ILM-i ja LLM-i jaoks ühe- ja kolmemõõtmelistes süsteemides ülalmainitud teoreetilise lähenemise (enesekohane Green'i funktsioonide meetod ILM-i amplituudide arvutamiseks) ja kolme erinevat tüüpi MD arvutuste (klassikaline, ab-initio ja Green'i funktsioonide meetod) ning reaalsete ioonidevahelise vastastikmõju potentsiaalide võrdlevat uurimist. Superraku suurust ja arvutamise täpsust saab märgatavalt tõsta arvutiklastri kiiruse ja mälumahu suurendamisega. Võib oletada huvitavate tulemuste saamist binodal/spinodal faasiülemineku üksikasjalikumast mõistmisest, kaasa arvatud (TiAl)N kõvapinnete uute faaside elastsusomaduste ennustusi.
The application of microscopical calculations of crystals properties continue to attract interest due to their potential importance for materials science. Among the most successful approaches are those based on the density functional theory (DFT). These combine high accuracy and relative computational efficiency without the use of empirical parameters. Many materials properties can be predicted if an accurate solution of the electronic structure for the system of interest exists. Beyond the scientific merit of verifying experimental results, the electronic structure calculation also facilitate testing of hypothetical materials without laboratory experiments. Another important application area of ab-initio calculations is testing new theoretical developments in different branches of materials science, before the real experiments could be performed to prove the theory. The project aims to solve key issues regarding to the ILM-s and LLM-s polarization and conditions of excitation of ILM-s and LLM-s in different 3-D crystals with long-range interactions, for further comparison with experiments. The most appropriate crystals are alpha-Uranium (well defined harmonic potential and the availability of experimental data) , and alkali-halide crystals such as CsF, NaI, NaF, RbBr (simple structure, well known inter-ionic potential and good perspectives to perform experiments). The goal of project include comparative study between the theoretical approache (self-consistent Green's functions method for ILM-s amplitudes calculations) and three different types of molecular dynamics calculations (classical, ab-initio and Green's functions methods) for ILM-s and LLM-s in 1-D and 3-D systems with real inter-ionic potentials. The size of the supercell and accuracy of calculation may be considerably increased, due to high speed and memory capacity of the cluster. We expect particularly interesting consequences from the more detailed understanding of binodal/spinodal phase transition, including a prediction of the elastic properties of new phases (TiAl)N based hard coatings.