Читать онлайн «Основы компьютерного моделирования наносистем. Учебное пособие»

ЛАНЬ* •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ •МОСКВА •КРАСНОДАР 2010 И. М. ИБРАГИМОВ, А. Н. КОВШОВ, Ю. Ф. НАЗАРОВ 1lllll11lllil1IIIt*tllllttll1tl1llltMllllllitrilllllllllIlltllrillt»llllltlllltllllllllllltlfItlll1llllltl1(ttlIllllliririttlllllllltlJltlltllllllllllllllltlllll)IltllIlllllllllllllIlltltttllltlJlllllllttllttllllllltJllllftJIIIttlIlllllttI1t ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАНОСИСТЕМ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ К ЛАНВ* • САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • МОСКВА-КРАСНОДАР • 2010 • ББК22. 18я73 И 15 Ибрагимов И. М. , Ковшов А. Н. , Назаров Ю. Ф. И 15 Основы компьютерного моделирования наноси- стем: Учебное пособие. — СПб. : Издательство «Лань», 2010. — 384 с: ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература). ISBN 978-5-8114-1032-3 Представлены основные положения моделирования систем на различных иерархических уровнях строения вещества по схеме «снизу вверх» (атомная структура, молекулы, супрамолеку- лярные системы и нанокластеры) и рассмотрены взаимодействия частиц на таких уровнях. Систематизированы основные методы вычислительной нанотехнологии: квантовомеханические расчеты «из первых принципов» и методы, основанные на положениях молекулярной динамики и моделях Монте-Карло. Изложены способы молекулярной самосборки и методы многомасштабного моделирования материалов и процессов. Приведен обзор программного обеспечения моделирования наносистем. Для студентов вузов и специалистов в области вычислительной нанотехнологии. ББК22. 18я73 Рецензенты: А. Л. БУЧАЧЕНКО — академик РАН; В. Ф. РАЗУМОВ — заместитель директора Института проблем химической физики, член- корреспондент РАН Обложка А. Ю. ЛАПШИН Охраняется законом РФ об авторском праве. Воспроизведение всей книги или любой ее части запрещается без письменного разрешения издателя. Любые попытки нарушения закона будут преследоваться в судебном порядке. © Издательство «Лань», 2010 ,© И. М. Ибрагимов, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров, 2010 © Издательство «Лань», художественное оформление, 2010 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время происходят коренные изменения в сфере высоких технологий — электронике, информационных технологиях, микромеханике, а также в других областях человеческой деятельности, связанных с фундаментальными и прикладными исследованиями, конструированием и практическим использованием материалов и устройств, элементы которых имеют размеры менее 100 нанометров. Нанотехнология — это совокупность методов и приемов структурирования вещества на атомном и молекулярном уровнях с целью производства конечных продуктов с заранее заданной атомной структурой. Благодаря ей существует возможность создавать как объекты, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба, так и материалы, содержащие структурные наночастицы и обладающие новыми свойствами и эксплуатационными характеристиками. Наиболее важные особенности характеристик нано- систем вызваны не конкретным фактором уменьшения размера частиц, элементов или структур, а принципиально новыми качественными явлениями, присущими наномас- штабу, когда на макроскопические параметры получаемых продуктов оказывают влияние закономерности квантовой механики и размерных поверхностных эффектов.