Molekyldynamiksimuleringer

Kontakt:

Jakob Schiøtz, CINF, DTU Fysik, 4525 3228 (schiotz@fysik.dtu.dk)

Projekt 1:Deformation af metalliske glasser i 2 og 3 dimensioner

Normale metaller er krystallinske: atomerne sidder i regelmæssige gitterstrukturer, som har afgørende indflydelse på metallets mekaniske, elektriske og magnetiske egenskaber.  Det er imidlertid muligt at fremstille amorfe metaller (metalliske glasser), dvs. metaller uden krystalstruktur, hvor atomerne er stort set uordnede.  Det gøres ved at smelte udvalgte legeringer, og derefter bratkøle dem, så de størkner så hurtigt, at atomerne ikke kan nå at finde sammen i krystaller.  Det giver materialer med spændende egenskaber, men desværre også typisk meget sprøde materialer.  For at forstå denne sprødhed bedre, og måske kunne afhjælpe den, har mange forskergrupper – også ved DTU Fysik – gennemført computersimuleringer af metalliske glasser under deformation, blandt andet ved nanoindentation, hvor man trykker en nanometer stor nål ind i overfladen (eksperimenterne udføres for eksempel med et skanning tunnel mikroskop).  Vores simuleringer giver resultater, der afviger en del fra dem i litteraturen.  Men der er mange forskelle, for eksempel beskriver vi et specifikt materiale (en CuZr legering) i tre dimensioner, de fleste andre simuleringer bruger et modelmateriale i to dimensioner.  Projektet går ud på at gennemføre simuleringer i to og tre dimensioner af et modelmateriale, og forhåbentligt bidrage til at fastslå, hvad der er afgørende for deformationsmønstrene.

Projekt 2: Simuleringer af formen af en understøttet partikel

Ved Center for Individual Nanoparticle Functionality (CINF) undersøger vi blandt andet sammenhængen mellem nanopartiklers form og deres funktionalitet (fx katalytisk aktivitet).  I den forbindelse har vi udviklet avancerede simuleringsteknikker til at modellere formen af store nanopartikler (ca. 10000 atomer) som funktion af størrelse og temperatur.  I dette projekt undersøges mindre partikler (op til 100 atomer) med mere generelle simuleringsteknikker med det formål at undersøge, hvorledes vekselvirkning med et underlag påvirker formen af partiklen.  Desuden undersøges, hvordan en simpel model for underlaget kan kombineres med en molekyl-dynamik simulering, så vi undgår at skulle beskrive alle atomerne i underlaget.

Fælles for de to projekter

Projekterne gennemføres med den videnskabelige software, vi har udviklet ved DTU Fysik: Atomic Simulation Environment (ASE) sammen med molekyldynamikprogrammet ASAP (se wiki.fys.dtu.dk). I projekterne skal der skrives små ”scripts” der styrer programmerne, i programmeringssproget Python. Erfaringen viser, at Python er nemt at gå til for studerende, og decideret programmeringserfaring er ikke nødvendigt.  Hvis nødvendigt kan supercomputer-klyngen Niflheim bruges til projektet.

Som en del af projektet opnås kendskab til et moderne sprog som Python, og til de vigtigste metoder inden for atomare/molekylære simuleringer.