в программном комплексе LAMMPS

Идентификация наноматериалов с помощью метода молекулярной динамики

в программном комплексе LAMMPS

Р.Ю. Груздев

Using LAMMPS software for identification of nanomaterials by using the molecular dynamics method
R.U. Gruzdev

Южный федеральный университет

кафедра математического моделирования,

[email protected]

В данной работе рассматривается задача о нахождении тензора упругих констант наностержня оксида цинка (ZnO). Актуальность работы обусловлена параметрами выбранного материала.

ZnO выбран из-за его уникальных свойств, которые позволяют применять его в различных областях современной электроники и приборостроения. Одной из наиболее важных особенностей ZnO является четко выраженное направление роста, что позволяет получать высококачественные структуры с требуемыми высотой и диаметром. Данный материал встречается в нескольких модификациях – гексагональный вюрцит, кубический сфалерит, кубическая модификация поваренной соли. В данной работе рассматривается форма вюрцита.

Моделирование проводилось в программном комплексе LAMMPS, при этом был использован COMB-потенциал(charge-optimized many-body potential). Его применение обусловлено тем, что многие вещества содержат разнородные связи, например: металлы и оксиды металлов, полупроводников и оксиды ме-таллов и оксиды металлов и газообразные молекулы, и др. В связи с этим, National Science Foundation (NSF) и Department of Energy (DOE) совместно с профессором Simon Phillpot (University of Florida) разработали COMB-потенциал. Этот потенциал учитывает динамический перенос заряда между атомами. На данный момент, ведется работа по параметризации третьего поко-ления COMB-потенциала, которое будет применимо для металлических и ме-талл-оксидных систем. В настоящее время, параметризация проведена для мно-гих веществ, в частности для ZnO, и данный потенциал может быть использо-ван в LAMMPS. Его вид

(1)

где - собственная энергия i-го атома, - энергия взаимодействия i-го и j-го атомов, - кулоновские взаимодействия, - поляризация,
- взаимодействия Ван-дер-Ваальса, - барьерная функция,
- корректировки углов.

Далее была построена модель наностержня ZnO с заданной структурой и параметрами потенциала. Для построенной модели в ходе экспериментов были получены следующие результаты (единицы измерения - ГПа):

Полученные результаты согласуются с исследованиями других ученых.

Планируется продолжить работу в данной области - возможно усложнение поставленной задачи – рассматривать динамическую либо пъезоэлектрическую задачи, также, возможно исследование моделей с более сложной кристаллической решеткой.