Анотація. Метою даного дослідження є розробка графічної оболонки для програми розрахунків фізичних характеристик твердих тіл. Задачі дослідження: проаналізувати програмне забезпечення для розрахунків фізичних характеристик твердих тіл, що існує; розробити алгоритм роботи та його програмну реалізацію графічної оболонки для програми розрахунків фізичних характеристик твердих тіл. Об'єкт дослідження: програми розрахунків фізичних характеристик твердих тіл. Предмет дослідження: графічна оболонка для програми розрахунків фізичних характеристик твердих тіл. Результатом роботи є розроблена графічна оболонка для програми розрахунків фізичних характеристик твердих тіл. Ключові слова: тверде тіло, фізичні характеристики, програма для розрахунків, графічна оболонка.
solids. Results of the study is developed graphic shell for the program of calculations of physical properties of solids.
Пошуки методів мінімізації електронних схем призвели до відкриття низки надзвичайних фізичних явищ, які показали, що індивідуальні молекули можуть виступати у ролі провідників, діодів, транзисторів, логічних та запам’ятовуючих пристроїв. Основними перевагами використання молекул у ролі прототипів елементів електронних схем є їх досить малий розмір, що складає всього декілька нанометрів, легкий та дешевий спосіб синтезу молекулярних структур, а також виявлення зовсім нових вольт-амперних характеристик, що не мають аналогів у напівпровідниковій електроніці. Тому поряд з актуальністю практичного застосування як окремих молекул, так і молекулярних комплексів для створення, передачі, прийому і обробки інформації, побудови так званих молекулярних комп’ютерів, проблема дослідження молекулярних наноструктур є самостійною фундаментальною проблемою фізики конденсованого стану, оскільки властивості таких структур істотно відрізняються від класичних напівпровідникових об’єктів.
Обчислення повної енергії та моделювання молекулярної динаміки з використанням теорії функціоналу електронної густини представляють надійний інструмент в фізиці твердого тіла, фізиці матеріалів, хімічній фізиці і фізичній хімії. Множина різних застосунків для систем типу молекул, об’єму матеріалів та поверхонь довели потужність цих методів в аналізі та прогнозуванні рівноважних та нерівноважних властивостей. Ab initio моделювання молекулярної динаміки дозволяє аналізувати рух атомів та точно розраховувати такі термодинамічні властивості як вільна енергія, константи дифузії та температура плавлення матеріалів.
Для розрахунків електронної структури матеріалів нині широко застосовуються неемпіричні, так звані ab initio методи. За їх допомогою проводяться розрахунки розподілу електронної густини, повної енергії системи, щільності станів, енергетичних і структурних параметрів твердих тіл.
Методи ab initio часто використовуються в поєднанні з класичним методом молекулярної динаміки, який протягом тривалого часу використовується в теорії твердого тіла для дослідження атомних конфігурацій і реальної структури речовини. Цей метод дозволяє досліджувати атомні системи з великою кількістю частинок і спостерігати поведінку системи протягом великих часових інтервалів.
У роботі створено графічну оболонку для пакету програм fhimd, розробленого для дослідження властивостей великих систем. Пакет програм fhimd надає можливість обчислення статичної повної енергії або ab initio моделювання молекулярної системи.
Розрахунки базуються на ітеративному методі отримання параметрів основного стану електронів. Псевдопотенціали у формі Клейнмана та Біландера використовуються для опису потенціалу ядер та електронів остову. Обмін та кореляція описуються в наближенні локальної електронної густини або в різних апроксимаціях «універсального градієнта». Рівняння руху ядер інтегруються за стандартною схемою молекулярної динаміки. Крім того, ефективна оптимізація структури може бути виконана за спрощеною схемою варіаційним методом.
Для введення початкових даних для стартової утіліти fhistart потрібні два вхідних файли. Файл inp.mod містить головним чином керуючі параметри для запуску, наприклад, часовий крок для мінімізації електронних та атомних схем, критерії збіжності, максимальна кількість кроків та ін.
Вигляд файлу вхідних даних inp.mod:
Рис. 3. Форма для створення вхідного файлу start.inp Рис. 4. Форма для графічного відображення карти електронної густини Після натиснення кнопки «Зберегти» відкривається діалогове вікно, в якому можна вибрати папку та ім’я для зберігання файлу.
У режимі редагування відкривається діалогове вікно для вибору файлу, який треба відкрити, та дані завантажуються в відповідні форми.
Також оболонка містить інструмент для побудови та перегляду карт електронної густини. Оскільки електронна густина обчислюється для багатьох точок і зберігається в окремому файлі, необхідно мати можливість продивлятись карти електронної густини як переріз в заданій індексами Міллера площині (рис. 4).
Пункт меню «Графічна інтерпретація» надає можливість обрати потрібний файл електронної густини, задати індекси Міллера та побудувати карту електронної густини.