ارائه چند روش درشت دانه ديناميك مولكولي جهت مدل سازي نانو ساختارهاي سيليكوني

Development of Coarse-Graining Methods for Modeling of Silicon Nano structures

با توجه به پيشرفت سريع نانو تكنولوژي، كاربرد مواد در ابعاد نانو نيز به شدت افزايش پيدا كرده است. به دليل افزايش اثرات سطح در اندازه‌هاي كوچك تئوري‌هاي كلاسيك توانايي مدل‌سازي سيستم‌هاي ابعاد نانو را ندارند. از طرف ديگر، روش‌هاي دقيق در اندازه‌هاي كوچك كه بر مبناي كوانتوم و مدل‌سازي اتمي هستند، بسيار زمان‌بر بوده و در نتيجه استفاده از آن‌ها به اندازه‌هاي خيلي كوچك و بازه زماني شبيه‌سازي كوتاه محدود مي‌شود. در اين تحقيق روش‌هاي درشت‌دانه براي شتاب دادن به شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي براي بررسي ساختارهاي سيليكوني ارائه گرديده است. در اين روش، پس از اعمال كردن نگاشت مناسب بين دانه‌هاي مدل درشت‌دانه و اتم‌هاي ساختار اصلي، پارامترهاي سيستم به گونه‌اي تغيير مي‌يابد كه خواص فيزيكي مدل درشت‌دانه و تمام اتم يكسان باشد. با استفاده از شبيه‌سازي‌هاي استاتيكي و ديناميكي مختلف و بررسي اثر اندازه، سرعت و دقت مدل‌ها بررسي مي‌گردد. خطاي مدل درشت‌دانه ارائه براي محاسبه مدول يانگ، ارتعاشات طولي و عرضي كمتر از 5 درصد است، در حالي كه اين روش در حدود 8 برابر سريع‌تر است.

With the rapid progress of nanotechnology, application of nano-scale materials has been extensively increased. Due to increase of surface effects at small sizes, the classical theories are not capable of modeling nano-scale systems. On the other hand, more accurate methods at small sizes are based on the quantum and atomistic models which are too time consuming, and hence using these methods is limited to very small sizes for a short period of time. In this research coarse-graining models for accelerating molecular dynamics simulations for the analysis of silicon structures are proposed. In this technique, after assigning a proper map between beads of the coarse-grained model and atoms of the main structure, the system parameters are modified in a scheme in which the original model and the coarse-grained models have the same physical properties. By using various static and dynamic simulations and evaluating the size effect, the accuracy and speed of the proposed model is examined. The error of this CG model for investigating the Young modulus, longitudinal and transversal vibration is less than 5 percent, while it is about 8 times faster than AA model.