Назад к ""

Вычислительные нанотехнологии (для бакалавров). Учебное пособие

Вычислительные нанотехнологии (для бакалавров). Учебное пособие

Авторы:
Попов А. М.
Вид издания:Учебное пособие
Уровень образования:Бакалавриат
Год издания:
2019
Новое издание:
2023
Объем:309 стр.
Издательство:КноРус
Язык:Русский
ISBN:978-5-406-06701-7
Темы:
Вычислительная математика,
Математическая физика (математические методы теоретической физики)
ОКСО:
02.00.00 Компьютерные и информационные науки,
09.00.00 Информатика и вычислительная техника
EAN:9785406067017

Библиографическое описание

Попов, А. М., Вычислительные нанотехнологии : учебное пособие / А. М. Попов. — Москва : КноРус, 2019. — 309 с. — (для бакалавров). — ISBN 978-5-406-06701-7. — URL: https://book.ru/book/930418 (дата обращения: 26.09.2023). — Текст : электронный.

Скопировать

Аннотация:

Посвящено вычислительным аспектам, возникающим при создании устройств наноразмеров. Представлены многомасштабные модели для описания систем частиц от квантового уровня до моделирования молекулярной динамики и сплошной среды. Приводятся основные методы, положенные в основу существующих в мире современных пакетов программ для изучения и проектирования наносистем.
Учебное пособие создано в учебно-научной студенческой лаборатории INTEL факультета ВМК МГУ и поддержано корпорацией INTEL.
Соответствует ФГОС ВО последнего поколения.
Для студентов старших курсов и аспирантов, специализирующихся на компьютерном моделировании наносистем.

Вся аннотация

Содержание

1. Введение

2. Размерные эффекты в различных областях нанотехнологий

Размерные эффекты в различных областях нанотехнологий

2.1. Наноматериалы

2.2. Наноэлектроника

2.3. Нанохимия. Химические свойства

2.4. Нанобиомедицина

2.5. Разработка молекулярного конструктора

2.6. Наносенсоры

2.7. Вычислительные проблемы оптической литографии

3. Модели квантовых наносистем с приближенными потенциалами

3.1. Примеры точных решений уравнения Шредингера для модельных потенциалов и параметры квантовых наноструктур

3.2. Теория возмущений

3.3. Теория сканирующего туннельного микроскопа

3.4. Квантовые точки

3.4.1. Квантовое удержание в полупроводниках

3.4.2. Математическая постановка задачи расчета массивов квантовых точек на основе модельных кусочно-постоянных потенциалов

3.4.3. Численный схемы для моделирования массивов квантовых точек

3.4.4. Индустриальные применения квантовых точек

4. Вычислительные квантовые модели «из первых принципов»

4.1. Точное решение уравнения Шредингера для атома водорода. Атомные орбитали как базисные функции приближенных решений

4.2. Численные методы определения собственных функций и собственных значений

4.3. Численное моделирование многоэлектронных атомов на основе уравнений Хартри — Фока

4.4. Упрощенное описание системы многих частиц. Уравнения Хартри

4.5. Тождественность частиц и обменный потенциал. Уравнения Хартри — Фока

4.6. Атомная структура в приближении центрального поля

4.7. Определение самосогласованного решения уравнений Хартри — Фока

4.8. Последовательное определение потенциалов и волновых функций

5. Расчет электронной структуры молекул

5.1. Потенциальная поверхность

5.2. Стационарное уравнение Шредингера для молекулы

5.3. Уравнения Хартри — Фока для расчета электронной структуры молекулы

5.4. Энергия детерминанта Слейтера

5.5. Вариационный метод решения уравнений Хартри — Фока для молекул

5.6. Информация, получаемая методом Хартри — Фока

5.7. Развитие вычислительных подходов ab initio для расчета электронной структуры молекул

6. Модели теории функционала плотности

6.1. Уравнения Кона — Шэма

6.2. Аппроксимация локальной плотности

6.3. Численное решение уравнений теории функционала плотности

6.4. Обобщенная градиентная аппроксимация

6.5. Дальнейшее усовершенствование обощенной градиентной аппроксимации

6.6. Замечания по численным методам теории функционала плотности

7. Моделирование системы электронов в твердом теле

7.1. Приближения потенциалов взаимодействия частиц

7.2. Представление решений в форме волн Блоха

7.3. Ортогонализированные плоские волны

8. Пакеты программ ab initio и их возможности для задач нанотехнологий

9. Терафлопсные вычисления для моделирования в нанотехнолологиях

10. Примеры использования численных моделей в задачах нанотехнологий

10.1. Устройства хранения данных. Нанопамять

10.2. Материалы

10.3. Использование методов ab initio для изучения наноматериалов и наноморфологии

10.4. Локализация и координация примесей и дефектов в нанокристаллическом алмазе

10.5. Формирование роста гибридных углеродных наноматериалов

11. Метод молекулярной динамики. Вычисление макроскопических параметров системы усреднением по времени

11.1. Расчет макроскопических, термодинамических параметров. Вириальное уравнение состояния

11.2. Алгоритм молекулярной динамики

12. Молекулярная динамика со связями для моделирования систем макромолекул

12.1. Взаимодействие молекул

12.2. Разделение сил взаимодействий на короткодействующие (локальные) и дальнодействующие (нелокальные) силы

12.3. Свободные взаимодействия между атомами. Валентно-несвязанные атомы

12.4. Молекулярная динамика с жесткими внутримолекулярными связями

12.5. Численные алгоритмы молекулярной динамки со связями

13. Молекулярная динамика из первых принципов на основе теории функционала плотности

13.1. Молекулярная динамика Борна — Оппенгеймера

13.2. Молекулярная динамика Кар — Парринелло

14. Молекулярные переключатели

14.1. Наименьшие молекулярные переключатели

14.2. Индуцированная током таутомеризация водорода и переключение проводимости молекул нафталоцианина

14.3. Вычислительные модели молекулярного переключения

15. Нанобиомедицина

15.1. Дизайн лекарств. Использование молекулярной динамики со связями

15.2. Молекулярная динамика на основе теории функционала плотности для задач вычислительной биологии

16. Моделирование методом Монте-Карло

16.1. Алгоритм Метрополиса для системы частиц

16.2. Квантовые методы Монте-Карло для изучения наноструктур

16.3. Генетический алгоритм

16.4. Молекулярное моделирование методом Монте-Карло в нанолитографии

17. Модели сплошной среды для изучения наносистем

17.1. Модель сплошной среды для задачи оптической литографии

17.2. Фазовые переходы. Кинетика роста нанокластеров

17.3. Непрерывная модель размерно-зависимой твердости наноразмерных торсионных элементов

17.4. Моделирование стенок магнитных доменов в наномасштабных ферромагнетиках для создания объектов высокоскоростной логики

Список литературы