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O Físico Desenvolve o Método para Calcular Movimentos e Forças dos Milhares de Átomos Simultaneamente

Published on November 3, 2009 at 5:44 PM

Um físico teórico no National Institute of Standards and Technology (NIST) desenvolveu um método para calcular os movimentos e as forças dos milhares de átomos simultaneamente sobre uma escala mais larga de escalas de tempo do que previamente possível. O método supera uma diferença cronometrando de longa data em modelar materiais da nanômetro-escala e muitos outros sistemas físicos, químicos e biológicos a níveis atômicos e moleculars.

Simulação de Colorized do que acontece aos átomos 1100 de carbono folha em um ` horizontalmente' do graphene aproximadamente 20 microssegundos depois que o átomo central é movido ligeira para cima. Umas cores violetas Mais Escuras indicam os átomos que deixaram cair abaixo de sua posição original, visto que as cores verdes mais claras mostram aonde os átomos aumentaram. Crédito: V.K. Tewary/NIST

O technique* matemático novo pode significativamente melhorar a modelagem dos processos da atômico-escala que se desdobram ao longo do tempo, como vibrações em um cristal. As técnicas Convencionais da dinâmica (MD) molecular podem exactamente modelar os processos que ocorrem nos incrementos medidos nos picosegundos aos femtosegundos (trilhonésimos aos quadrillionths de um segundo). Outras técnicas podem ser usadas durante uns períodos mais longos para modelar materiais de maioria mas não a nível molecular. A técnica nova do NIST pode alcançar este um tempo mais longo escala-na escala crítica dos nanossegundos aos microssegundos (billionths aos milhonésimos de um segundo) - a nível molecular. Os Cientistas podem agora medir e compreender o que acontece nos pontos-chave a tempo que não eram previamente acessíveis, e durante todo o espectro completo de escalas de tempo do interesse na DM, diz o revelador Vinod Tewary.

A Modelagem de propriedades materiais e de processos físicos é um auxílio e um suplemento valiosos aos estudos teóricos e experimentais, na parte porque as experiências são muito difíceis no nanoscale. Os cálculos da DM são baseados geralmente na física de átomos ou de moléculas individuais. Esta aproximação tradicional é limitada não somente pela escala de tempo, mas igualmente pelo tamanho de sistema. Não pode ser estendida aos processos que envolvem milhares de átomos ou mais porque os super-computadores-cannot computador-uniformes de hoje seguram biliões de etapas de tempo exigidas, Tewary diz. Pelo contraste, seu método novo incorpora “uma função Green,” uma aproximação matemática que possa calcular a condição de um sistema muito grande sobre escalas de tempo flexíveis em uma única etapa. Assim, supera o problema do tamanho de sistema assim como a diferença cronometrando.

Tewary ilustrou a técnica nova em dois problemas. Mostrou como um pulso que propaga através de uma corda dos átomos, iniciada movendo o átomo médio, poderia ser modelado para apenas alguns femtosegundos com DM convencional, visto que o método do NIST trabalha por diversos microssegundos. Tewary igualmente calculou como as ondinhas propagam em 1.100 átomos de carbono em uma folha do graphene durante períodos até aproximadamente 45 microssegundos, um problema que não poderia ser resolvido previamente. Pensou Normalmente como de uma folha lisa estática, os átomos no graphene realmente devem ondular-se de algum modo para permanecer estáveis, e as mostras novas da técnica como estas ondinhas propagam. (See que acompanha a imagem e o filme). Consistindo inteiramente em átomos de carbono, o graphene é um material de cristal recentemente descoberto do favo de mel que possa ser um condutor proeminente para fios e outros componentes na eletrônica do nanoscale.

A técnica nova do NIST é esperada permitir a modelagem de muitos outros processos que ocorrem em escalas de tempo de nano aos microssegundos, tais como a formação e o crescimento dos defeitos, a condução de dano do calor, da difusão e de radiação nos materiais. A técnica podia melhorar resultados em muitos campos diferentes, da modelagem de nanotecnologia novas na fase de projecto a simular o dano de radiação “de uma bomba suja” ao longo do tempo.

Os pesquisadores do NIST planeiam escrever um programa de software que codifica a técnica nova para fazê-la disponível a outros usuários.

* V.K. Tewary. Escala de tempo de Alargamento em simulações da dinâmica molecular: propagação das ondinhas no graphene. Revisão Física B, Vol. 80, No. 16. 22 de outubro de 2009 em linha Publicado.

Contacto dos Media: Laura Ost, laura.ost@nist.gov, (301) 497-4880 (301) 497-4880

Last Update: 13. January 2012 12:11

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