نرم افزار لمپس

در نرم افزار لمپس دو دسته پتانسیل در بین اتم های برهمکنش کننده در طول شبیه سازی قابل اعمال می باشند:

 

1- اتم های برهمکنش کننده در طول شبیه سازی بدون تغییر باشند (نسبت به موقعیت یکدیگر) که در این موارد پتانسیل های زیر کاربرد خواهند داشت:

- پتانسیل های باندی (Bond_style potentials)

- پتانسیل های زاویه ای (Angle_style potentials)

- پتانسیل های دایهدرال (Dihedral_style potentials)

- پتانسیل های نابجا (Improper_style potentials)

موارد کاربرد این دسته از پتانسیل ها بیشتر در شبیه سازی ساختارهای زیستی، پلیمرها و ... می باشد.

 

2- پتانسیل هایی که اتم های برهمکنش کننده در طول زمان شبیه سازی تغییر می کنند و به اینگونه پتانسیل ها، پتانسیل های جفت جفت اطلاق می گردد (pair_style potentials).

موارد کاربرد این دسته از پتانسیل ها بیشتر در شبیه سازی ساختارهای فلزی، نیم رساناها، برخی گازها و مایعات و ... می باشد.

انواع پتانسیل های pair_style:

این نوع پتانسیل ها را می توان به دو دسته کلی "دو جسمی" و "سه جسمی و چند جسمی" تقسیم کرد:

دو جسمی: لنارد جونز (Lennard-Jons) , مورس (Morse) .

سه جسمی و چند جسمی: Stillinger-Weber , Tersoff , AIREBO , EAM , MEAM .

 

پتانسیل لنارد جونز:

- به لحاظ ریاضی ساده

- بیان کننده برهمکنش بین اتم ها و مولکول های خنثی

علیرغم ظاهر ساده کاربرد گسترده در مقالات داشته و در مدل سازی آرگون، پتانسیل ما بین صفحات گرافن و ... کاربرد دارد.

 

پتانسیل مورس:

- تقریب خوبی برای مولکول های دو اتمی است.

- کاربرد در مدل سازی برخی فلزات مانند مس.

- کاربرد در شبیه سازی ساختارهای دارای پیوند کووالانسی.

پتانسیل Gay-Berne: 

حالت خاصی از پتانسیل لنارد جونز می باشد و از این نوع پتانسیل معمولا برای شبیه سازی اندرکنش بین ذرات بیضی گون استفاده می گردد که فرمالیسم آن به شکل زیر می باشد:

که در این فرمالیسم A1 و A2 ماتریس های تبدیل از مختصات جعبه شبیه سازی به مختصات جسم شبیه سازی شده می باشد و r12 نیز برداری از مرکز ذره ی 1 به مرکز ذره ی 2 است.

در LAMMPS استفاده از این نوع پتانسیل نیازمند استفاده از هنگردهای NVE یا NVT و یا NPT می باشد که این هنگردها با استفاده از دستور fix (به عنوان مثالfix nve/asphere) امکان پذیر می باشد. از طرف دیگر شرط استفاده از این نوع پتانسیل در شبیه سازی ها انتخاب گزینه ی ellipsoid برای دستور atom_style می باشد چرا که این عبارت تعریف کننده قابلیت ایجاد حالت چرخشی و تخصیص سایز و شکل به ذرات را دارا است که این موارد برای استفاده از پتانسیل گی بورن الزامی می باشد.

از نکات اجرایی مهم دیگر برای استفاده از پتانسیل Gay-Berne مشخص نمودن ضرایب ثابت پتانسیل برای جفت ذرات شبیه سازی شده می باشد که این کار با استفاده از دستور pair_coeff و با توجه به موارد زیر می باشد:

(epsilon = well depth (energy units

(sigma = minimum effective particle radii (distance units

(cutoff (distance units

قابل ذکر است که ضریب ذکر شده در سطر آخر اختیاری می باشد و در صورت عدم تخصیص عدد برای آن، مقدار ثابتی توسط نرم افزار LAMMPS انتخاب می شود.

 

پتانسیل استلینگر-وبر:

این پتانسیل از اولین قدم ها در راستای مدل سازی نیم رساناها بود.

فایل های پتانسیل استلینگر-وبر موجود در لمپس:

Si.sw

CdTe.sw

GaN.sw

 

 پتانسیل ترسوف:

- توانایی توصیف حالات مختلف تشکیل باند اتم با پارامترهای ثابت.

- کاربرد گسترده در مدل سازی ساختارهای کربنی و سیلیکونی.

فرمولاسیون پتانسیل ترسوف:

فایل های پتانسیل ترسوف موجود در لمپس:

Si.tersoff

SiC.tersoff

SiC.tersoff.zbl

SiC_Erhart_albe.tersoff

SiCGe.tersoff

SiO.tersoff

GaN.tersoff

 

پتانسیل AIREBO:

- مدل سازی سیستم های کربن و هیدروژن.

 

پتانسیل EAM:

- مدل سازی فلزات و انواع آلیاژهای فلزی.

 

پتانسیل MEAM:

- در نظر گرفتن پتانسیل های زاویه ای.

- شبیه سازی فلزات و آلیاژها با ساختار hcp, bcc, fcc و الماسی.

- شبیه سازی مواد با ساختار کووالانسی مانند سیلیکون و کربن.

 

شیوه کد نویسی برهمکنش با دستور pair_style:

1- تعیین نوع برهمکنش با دستور pair_style

pair_style tersoff

2- مشخص کردن ضرایب برهمکنش

pair_coeff 1 2 1 1

اگر ضرایب برهمکنش در فایلی موجود هستند، آدرس آن را با دستور pair_coeff می دهیم:

pair_coeff * * SiC.tersoff Si C Si

 

در شبیه سازی ها با استفاده از لمپس انتخاب پتانسیل مناسب بسیار حائز اهمیت می باشد، به عنوان مثال نتیجه اعمال پتانسیل لنارد جونز (پتانسیل نامناسب این شبیه سازی) به نانو لوله کربنی نتیجه زیر را در پی خواهد داشت:

/ 0 نظر / 104 بازدید