Сучасні методи комп’ютерного моделювання наночастинок і наносистем

Abstract

У статті представлено огляд сучасних обчислювальних методів і оцінено ступінь їх застосованості для дослідження нанорозмірних матеріалів. Описано чотири основні підходи, які використовують для моделювання наносистем. Проаналізовано переваги й недоліки кожної групи розглянутих методів. Оцінено співвідношення точності розрахунків і розмірів системи для різних квантово-механічних методів. ; The special role of simulation in nanotechnology is caused by the fact that the traditional research methods are usually very costly and unprofitable. The paper overviews modern computing methods and their suitability for nanoscale materials. The four basic approaches used for nanosystems simulation are described: method of classical (empirical) potential, semi-empirical potential approach, non-empirical approach (modelling from the first principles or ab initio methods) and Monte Carlo method. The classic approach is not enough to provide the study of nuclear interactions in nanometer scale. The semi-empirical methods are best suited for nanoparticles simulation, but not suitable for the creation of adequate nanosystems models. Methods based on density functional theory are the most common calculation methods in solid state physics due to their high computational efficiency (among other first principles methods) and large enough accuracy. Quantum Monte Carlo method is one of the most promising methods for modelling, which allows to simulate the behaviour of systems consisting of millions or billions of atoms.