淬火制备非晶硅的分子动力学模拟研究

在微机上用分子动力学方法模拟了熔Ｓｉ淬火制备ａ－Ｓｉ的过程。硅原子间的相互作用势采用Ｓｔｉｌｉｎｇｅｒ－Ｗｅｂｅｒ势。受计算量的约束，淬火速度一般很高，此时采用这种势无法直接从熔Ｓｉ得到ａ－Ｓｉ。本文作者采用１０００Ｋ左右的体积一次性膨胀法克服这一困难。对模拟制备的ａ－Ｓｉ的径向偶对分布函数、键角分布函数及配位数的分析表明，ａ－Ｓｉ中的四面体网络结构已得到了比较好的恢复。对制备过程的分析则显示，体积膨胀及随后的弛豫所导致的三体能大幅度下降是使体积一次性膨胀法有效的主要原因。     

基于FPGA的分子动力学模拟系统设计

FPGA加速分子动力学模拟在材料科学、分子科学等方面应用广泛,一直是高性能计算领域的热门话题之一,在分子动力学模拟中,分子问作用力(LJ力)的计算是整个过程耗时最长的部分,文中设计的系统将其放在FPGA上完成,其余部分由CPU完成,根据LJ力的特点,FPGA加速的计算采用以下方法进行设计:利用邻近粒子搜索算法-元胞列表算法选取粒子对,并使用过滤模块进一步减少计算量;计算LJ力时采用先离散后插值的方法计算公式中的高次幂同时避免了开方运算,所有部件组成流水线结构,进一步提高整体的性能.     

C与Si重构表面碰撞过程的分子动力学模拟

利用 Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能 C原子与 Si(0 0 1) - (2× 1)重构表面碰撞动力学过程中入射 C原子能量随时间的变化情况 ,观察到了 C原子和表面 Si原子成键过程中 C原子的吸附、Si原子二聚键的打开、C原子的徙动以及 C、Si原子成键等物理过程 ,并对不同入射位置处入射 C原子和表面 Si原子碰撞过程中能量转移机理进行了分析。模拟结果表明 ,C原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程 ,而 C原子能量的提高有利于成键过程的发生 ,结果为 Si C在Si表面生长初期物理过程的认识提供了参考数据     

碳纳米管的分子动力学模拟

碳纳米管的纳米级尺寸在很大程度上限制了人们对它的了解、测试与观测，严重地影响了它的发展和应用。因此，必须有简单可行的方法来合理计算、测量碳纳米管的各种特性，计算机模拟无疑是研究这种特殊材料的极佳方法。采用分子动力学模拟的方法，来模拟碳纳米管的物理特性。首先模拟了碳纳米管的热稳定性，发现单壁开口碳纳米管的热稳定性将随着管径的增大而变差，同时开口碳纳米管在真空中保持稳定的极限温度在3000K左右。接着模拟了两根开口碳纳米管的碰撞过程以及成键情况，模拟结果表明在开口端的碳原子非常活跃，极易与其它活性原子成键并且形成新的分子结构，这预示了只要使用一些简单的切割和组合就可以用碳纳米管组成纳微机械；最后对碳纳米管轴承结构的研究显示出碳纳米管之间仅仅存在很小的范德华力，这种独特的特性预示着碳纳米管构成的纳微机械会有卓越的机械特性。     

纳米加工过程的分子动力学模拟技术研究

简要回顾了采用分子动力学方法模拟纳米加工过程的历史,介绍了分子动力学仿真方法的基本原理以及典型单晶体材料纳米切削机理的分子动力学仿真研究成果,并从模型建立、模拟尺度以及工件和刀具的影响等方面分析了纳米加工过程分子动力学模拟研究的最新进展。结果表明,建立三维大规模及多尺度的纳米加工仿真模型已经成为目前研究的主要方向;工件和刀具对纳米加工影响的研究也逐渐深入,涉及工件的晶向、缺陷以及刀具参数和磨损等方面的问题。     

生物电荷转移效应的分子动力学模拟

本文介绍了用分子动力学模拟肌红蛋白中的铁离子和周围的水阴离子发生电荷转移的动力学过程,并进一步讨论了该过程的微观机制——讨论短程势、长程库仑势和水效应对弛豫过程的影响.     

碳纳米管轴向压缩行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法对轴向压缩下的单壁和双壁碳纳米管的屈曲行为进行了模拟研究。在分子动力学模拟中,采用Tersoff-Brenner势结合6～12形式的Lennard-Jones势描述碳原子之间的相互作用。计算结果表明:单壁碳纳米管的屈曲临界力随着半径的增大而增大,但半径对其临界应力的影响只是在管径较小的情况下比较明显;在载荷下,双壁碳纳米管的外管首先失稳;双壁碳纳米管的屈曲临界应变高于外管对应的单壁碳纳米管的临界应变,而低于内管对应的单壁碳纳米管的临界应变。但是,双壁碳纳米管的屈曲临界力明显高于内、外管对应的单壁碳纳米管的临界力。     

受限空间纳米线熔化过程的分子动力学模拟

碳纳米管内嵌纳米线复合材料可以综合二者的优异性能从而有更广阔的应用前景。本文利用分子动力学模拟手段探讨了碳纳米管以及受限空间对于Cu纳米线的熔化行为,发现受限空间对于Cu纳米线的熔点影响较小,应用碳纳米管内嵌纳米线这种复合材料时可以忽略碳纳米管的加入对纳米线熔点的影响。而碳纳米管的存在可明显增加内部纳米线的稳定性,其原子排布对内部纳米线的作用较大。另外,受限空间中纳米线的熔化轴向方向是从端部开始,而径向方向是从表面开始逐渐到芯部进行。     

钛酸钡晶体压电性能的分子动力学模拟

利用Tanaka对势函数,开展不同电场加载下单晶钛酸钡分子动力学方法模拟,研究外电场、温度等对单晶钛酸钡的压电应力常数(e33)的影响.结果表明,常温下,电场强度对e33影响不大;但随着电场强度增大,e31上升趋势较明显;温度在约275 K前,e33随温度升高迅速增大,此后基本呈缓慢走低的势头.     

基于分子动力学的纳机电开关的静态分析

采用分子动力学方法分析了纳机电开关中碳纳米管悬臂梁的静态特性。仿真中C—C原子间相互作用采用Tersoff-Brenner势函数,C—Cu及Cu—Cu间相互作用采用L-J势函数,并同时采用截断半径和邻域列表法以提高运算速度。首先模拟了纳机电开关的开和关两种工作状态,得出开关的闭合电压为1.0 V,然后模拟了碳纳米管的弯曲变形情况,结果表明,当电压小于1.0 V时,碳纳米管弯曲符合经典弹性理论;当电压介于1.0 V~1.9 V时碳纳米管中出现Stone-Wales变形;当电压达到1.9 V后,碳纳米管中逐渐出现塌陷结构甚至孔洞;当电压达到2.9 V时,碳纳米管完全断裂。最后分析了碳纳米管原子间的受力情况,结果表明,纳机电开关的最薄弱环节是电极与碳纳米管之间的结合处。所得模拟和分析结果为纳结构器件的进一步设计和优化提供了理论依据。     

飞秒激光蚀除金属的分子动力学模拟

采用耦合一维双温模型的分子动力学方法，从连续及原子级的角度详尽描述了飞秒激光与金属的相互作用过程。建模时不仅考虑了激光能量的吸收方式、电子热传输及电子一晶格间的能量交换，而且对底部边界进行了特殊处理，采用简单而有效的速度减幅技术，既能防止靶材底部断裂，又能保证有效蚀除。分析了靶材内部温度、压力的分布特征及应力约束条件下的蚀除机制。模拟结果表明，靶材是在卸载波及被反射的压力波的共同作用下发生断裂；较高脉冲能量密度下蚀除产物由多个大团簇组成，而较低能量密度下只包含单个团簇，这是应力约束条件下金属蚀除的主要特征。同时，深入探讨了激光诱导压力波的成因及其传播规律，预测了压力波的波速。确定了蚀除阈值，同实验数据完全吻合，并证明了有过热现象的存在。     

Investigation of Mechanical Behavior of Defective Carbon Nanotubes Using Molecular Dynamics Simulation

Carbon nanotubes(CNTs) having pristine structure(i.e.,structure without any defect) hold very high mechanical properties.However,CNTs suffer from defects which can appear at production stage,purification stage or be deliberately introduced by irradiation with energetic particles or by chemical treatment.In this article,mechanical properties of single-walled nanotubes with defects are studied under both compressive and tensile loads using molecular dynamics(MD) simulations.Two types of defect-Stone-Wales and...     

碳纳米管高温热稳定性与结构的关系

使用分子动力学方法对单壁碳纳米管高温下的结构进行了计算机模拟。对扶手椅结构（10，10）和（20，20）的单壁碳纳米管进行了模拟，结果表明，碳纳米管开关端由于能量弛豫过程，直径比内部略大，在温度逐渐升高之后，构成纳米管的碳原子逐渐偏离晶格位置，小直径的碳纳米管在3000K温度之下结构是稳定的；直径小的碳纳米管的高温热稳定性比直径大的碳纳米管要好。     

C-Si模型分子动力学三维并行仿真算法

对于单晶硅磨削过程模拟的并行算法,依据C-Si系统的分子动力学模型及其特殊模型的特性,通过分析负载均衡和消息通信,利用"最小表面"原则,给出了一种空间分解并行方案。仿真实验证明算法可以缓解负载失衡并且降低通信开销,收集的对比实验数据证实了算法的高效性。     

分子动力学在研究激光蚀除机制中的应用进展

介绍了分子动力学模拟的基本原理，并对国内外采用其研究金属、半导体、有机体等材料的激光蚀除机制的现状以及所涉及的关键技术进行了详尽的综述，最后指出了分子动力学模拟激光蚀除的进一步研究方向。     

A Special Purpose Array Processor Architecture for the Molecular Dynamics Simulation of Point-Mutated Proteins

Point mutation of amino acids is a means used by biotechnologists to improve the performance of proteins. To study a point-mutated polypeptide, one requires its global minimum energy conformation. This conformation can be determined by molecular dynamics via Langevin's equations of motion. Molecular dynamics simulations belong to the most difficult problems to parallelize in a scalable manner. We provide a method for defining a special purpose 3D array processor architecture for the molecular dynamics simulation of point-mutated polypeptides. The architecture is derived from a spatial decomposition of a known conformation of the point-mutated polypeptide or the native conformation of the given protein. By using an approximation scheme for the deterministic forces, the interprocessor communication can be kept local. The architecture affords a simple distributed load balancer and is scalable. The computational workload of the array processor architecture to perform molecular dynamics simulations under realistic conditions is addressed. An example architecture is given by point-mutated penicillin amidase.