Представляем вашему вниманию разработку ученых и программистов из Нижнего Новгорода: пакет динамического наномасштабного моделирования SageMD2.

SageMD2 – это программный пакет с удобным графическим интерфейсом пользователя, который предназначен для научных, инженерных и образовательных целей в области молекулярного динамического моделирования свойств материалов. SageMD2 может работать на различных платформах, таких как: Linux, FreeBSD, SGI IRIX, HP-UX, IBM AIX, SUN Solaris, DEC/Compaq Tru64 UNIX, и MS Windows. Главное окно кода SageMD2 показано на рис.1.

Рис.1. Главное окно кода SageMD2

Графический интерфейс SageMD2 позволяет конструировать образцы различных материалов на атомарном уровне. В программе реализован широкий набор вычислительных молекулярно-динамических модулей, база данных эмпирических межатомных потенциалов и база данных кристаллических структур материалов, наиболее часто используемых в промышленности. С помощью пакета SageMD2 можно моделировать свойства различных материалов при постоянной температуре и/или давлении, изучать поведение кристаллической решетки под влиянием сжатия или растяжения, вычислять функцию радиального распределения атомов (RDF) и среднеквадратичное смещение атомов (MSD) для вычисления коэффициента диффузии. Программа позволяет использовать различные граничные условия, например: периодические граничные условия, свободную поверхность, подвижную стенку. Для моделирования материалов с ковалентными химическими связями в программу интегрирован алгоритм уравновешивания зарядов (QEq). Для расчета межатомного силового поля на основе методов ab initio в SageMD2 реализована возможность его сопряжения с коммерческими квантово – химичскими кодами.

Основные особенности кода SageMD2

• Реализована возможность моделирования следующих ансамблей: микроканонический ансамбль (NVE), канонический ансамбль (NVT), ансамбль с постоянным давлением (баростат) (NPT) и ансамбль с постоянной выделенной компонентой тензора напряжения (NST);

• Включена база данных парных и непарных межатомных потенциалов, таких как: Морзе и модифицированный Морзе, Букингем, метод погруженного атома (EAM), метод уравновешивания зарядов(QEq), Стилинджер-Вебер, Терзоф-B и Терзоф-С, модель Маруяма (Maruyama) и т.д.;

• Дальнодействующая электростатика учитывается либо прямым суммированием кулоновских взаимодействий или с помощью метода суммирования Эвальда;

• Равновесие зарядов учитывается с помощью QEq метода;

• В SageMD2 реализована методика МД моделирования параметров ударно сжатых материалов, в том числе реализован метод Гюгониостата;

• Реализованы различные граничные условия: полная и частичная периодика, свободные поверхности, подвижная стенка;

• Реализована возможность расчета межатомного силового поля на основе аb initio подхода (интеграция с квантово-химическими программами);

• Возможно выделение одного или нескольких фрагментов материала из всего моделируемого образца, для расчетов локальных свойств и параметров;

• Моделирование отклика материалов на воздействие внешних факторов, таких как температура, давление или ударное нагружение;

• В пакете реализована методика моделирования высокоскоростных столкновений сложных многоатомных молекул;

• Реализована возможность конструирования атомной структуры материала, простое добавление дефектов и дислокаций в образец;

• Реализована возможность построение поверхности скола по плоскости спайности для кристаллических структур;

• Построение различных межзеренных границ кристаллического вещества;

• Посторенние би-кристаллов.

Возможности графического интерфейса кода SageMD2

• Отображение нескольких кристаллических структур одновременно в разных окнах программы;

• Отображение структуры материала в определенных проекциях в 3D режиме;

• Вращение, перемещение увеличение/уменьшение структур с помощью мыши и клавиатуры;

• Построение кристаллических структур с помощью визуального построителя;

• Отображение ячейки структуры и ее параметров;

• Выделение атомов с помощью мышки, выделение группы атомов по области (прямоугольной, сферической и цилиндрической) или по типу атомов;

• Выбор цвета отображения атомов фона и др.;

• Вычисление и отображение связей между атомами;

• Вычисление расстояний и углов между атомами;

• 3D отображение структуры в перспективе;

• Экспорт кристаллографических структур в различные форматы (car, xtl, fdf, cif, pdb, xyz);

• Выделение области 3D вида структуры и копирование в буфер обмена;

• Вывод результатов расчета в графическом виде в процессе моделирования;

• Просмотр динамики изменение структуры во время моделирования;

• Постобработка результатов расчета, вывод графиков, экспорт результатов в электронную таблицу MS Excel и текстовый редактор MS Word;

Область применения

Микроэлектроника:

• Изучение свойства материалов в экстремальных условиях (ударное нагружение, высокая температура и давление.);
• Моделирование свойств тонких плёнок полупроводниковых материалов;
• Моделирование свойств неорганических материалов (сплавы, сложные материалы с новыми свойствами, электрические и термические свойства);
• Биоорганические и бионеорганические материалы;
• Полимеры;
• Моделирование химических реакций;
• Нанотехнологии;

Образование: материаловедение, физика и химия материалов, молекулярная биология и т.п.

Прикладные научные исследования: моделирование свойств материалов на атомном уровне.

Архитектура .

Графический интерфейс пакета SageMD2 разработан с помощью библиотеки FOX. Вычислительные модули написаны на Fortran 90. 3D графика реализована с помощью библиотеки OpenGL, которая позволяет использовать ресурсы современных видеокарт для быстрого отображения 3D атомных структур.

SageMD 2 состоит из трех основных модулей (рис.2.):

• Ввод и обработка входных данных;

• Численное решение уравнений движения;

• Обработка и выдача результатов моделирования.

Рис.2. основные модули кода SageMD2

Интерпретатор входных команд вызывает библиотеку потенциалов, а затем модуль численного решения уравнений движения и модуль вычисления динамических параметров. Модуль численного решения (Интегратор) использует данные полученные из библиотеки потенциалов и направляет результаты вычислений в модуль вычисления динамических параметров и в модуль вывода результатов вычислений. Для моделирования свойств материалов с помощью пакета SageMD2 используется библиотека межатомных потенциалов. Эта библиотека постоянно обновляется, как только становятся доступны новые данные. Межатомные силы могут быть определены также непосредственно из ab initio вычислений. В этом случае интегратор не взаимодействует с библиотекой потенциалов, а напрямую взаимодействует с внешним кодом, который рассчитывает межатомные силы с помощью ab initio подхода. Пакет SageMD2 включает модули, которые взаимодействуют с наиболее известными квантово-механическими программами такими как Abinit, и Gaussian, при этом используя стандартные форматы ввода/вывода результатов вычисления межатомных сил в этих программах.

Скачать demo-версию кода можно здесь

Купить права на использование полноценной версии кода вы можете с помощью нашего интернет-магазина NanoNewsNet