آموزش شبیه سازی مکانیک کوانتومی جامدات با نرم افزار Materials Studio

نانوتکنولوژی، نامی است آشنا که تقریبا همه روزه آن را می‌شنویم. نانوتکنولوژی علم بررسی و کنترل اتم‌ها و مولکول‌ها است. بسیاری از دانشمندان عقیده دارند که اختراعات انقلابی آینده حتما از این شاخه برمی‌خیزد. پژوهش‌های آزمایشگاهی بر روی این شاخه از علم نیازمند ابزارهای پیچیده و هزینه زیاد است و به همین دلیل، شبیه‌سازی در مبحث نانوتکنولوژی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و کمتر کسی قبل از یک تحقیق جامع و با استفاده از شبیه‌سازی، اقدام به آزمایش می‌کند. روش‌های شبیه‌سازی در این شاخه به دو دسته کلی شبیه‌سازی مکانیک کوانتومی و دینامیک مولکولی تقسیم می‌شوند، اما به دلیل این که حتی قبل از انجام شبیه‌سازی دینامیک مولکولی لازم است که ساختار اولیه توسط مکانیک کوانتومی بهینه‌سازی شود، شبیه سازی مکانیک کوانتومی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. یادگیری شبیه‌سازی مکانیک کوانتومی با توجه به همه‌گیر شدن علم نانو در تمامی رشته‌ها، مانند: مهندسی مکانیک، شیمی، فیزیک، الکترونیک و رشته‌های علوم پایه یک نیاز روز به حساب می‌آید. همان‌طور که زندگی در عصر حاضر نیازمند یادگیری هر چند سطحی از علوم کامپیوتر است، انجام یک پژوهش بر روی موضوعات علمی روز و چاپ یک مقاله در یک ژورنال معتبر نیز، بدون دانستن شبیه‌سازی‌های مکانیک کوانتومی، امری دشوار به نظر می‌رسد. در این آموزش ضمن آن‌ که تمرکز بر شبیه‌سازی مکانیک کوانتومی جامدات است تا بتوان فارغ از تئوری‌ها و ریاضیات سنگین این مبحث اقدام به انجام پروژه‌های عملی در این شاخه مهم علمی نمود، مقدمه‌ای بر مفاهیم کوانتومی ذکر می‌شود، چرا که یک پژوهشگر بدون آشنایی مقدماتی با این مبحث نمی‌تواند مشکلات احتمالی که در حین انجام یک پروژه با آن رو‌به‌رو می‌شود را، مرتفع نماید. انتخاب نرم‌افزار متریال استودیو (Materials Studio) به این جهت صورت گرفته است که این نرم‌افزار در مقایسه با سایر نرم‌افزارها مانند: لمپس (LAMMPS) و گرومکس (GROMACS) جامع بوده و ضمن دارا بودن تمامی ابزار برای ایجاد، نمایش و شبیه‌سازی، از محیطی گرافیکی بهره می‌برد که کار را برای یک پژوهشگر به مراتب آسان‌تر و زمان انجام یک پژوهش را کمتر می‌نماید. ذکر این نکته لازم است که نرم‌افزار متریال استودیو مورد تایید تمامی مجلات معتبر ISI حتی با ضرایب تاثیر بسیار بالا است و به همین دلیل در پژوهش‌های دانشگاهی، بسیار پرکاربرد است.

فرادرس

امیرمسعود لنجان