{"id":1729,"date":"2019-05-22T02:47:44","date_gmt":"2019-05-22T02:47:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-tips-the-basic-principles-and-applications-of-molecular-dynamics\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:05","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:05","slug":"tips-the-basic-principles-and-applications-of-molecular-dynamics","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/conseils-les-principes-de-base-et-les-applications-de-la-dynamique-moleculaire\/","title":{"rendered":"Conseils: principes de base et applications de la dynamique mol\u00e9culaire"},"content":{"rendered":"
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Pour que le syst\u00e8me de simulation microscopique refl\u00e8te les ph\u00e9nom\u00e8nes exp\u00e9rimentaux macroscopiques, il est n\u00e9cessaire de r\u00e9pliquer p\u00e9riodiquement le syst\u00e8me d'objets simul\u00e9s \u00e0 travers des conditions aux limites p\u00e9riodiques pour \u00e9viter les effets de bord qui n'existent pas dans la pratique. En principe, l'\u00e9tude th\u00e9orique de tout syst\u00e8me mol\u00e9culaire n\u00e9cessite la solution de l'\u00e9quation de Schr\u00f6dinger d\u00e9pendante du temps. Cependant, dans la pratique, une plus grande attention est accord\u00e9e \u00e0 la trajectoire du noyau. Une telle trajectoire peut \u00eatre obtenue en r\u00e9solvant l'\u00e9quation m\u00e9canique classique du mouvement en utilisant l'approximation de Born-Oppenheimer. Alder et Wainwright ont d\u00e9clar\u00e9 que les exp\u00e9riences de simulation informatique deviendront un pont important reliant les ph\u00e9nom\u00e8nes exp\u00e9rimentaux macroscopiques et la nature microscopique. Apr\u00e8s 10 ans de leurs premi\u00e8res exp\u00e9riences de simulation de dynamique mol\u00e9culaire, le physicien fran\u00e7ais Verlet a propos\u00e9 un algorithme d'int\u00e9gration pour les \u00e9quations de mouvement de Newton. Dans le m\u00eame temps, un autre ensemble d'algorithmes pour g\u00e9n\u00e9rer et enregistrer des paires d'atomes voisins est propos\u00e9, ce qui simplifie consid\u00e9rablement le calcul de l'interaction entre les atomes. Ces deux algorithmes sont encore largement utilis\u00e9s en pratique dans certaines variantes [1, 2].<\/div>\n
Une vari\u00e9t\u00e9 de m\u00e9thodes de simulation au niveau atomique ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9es au cours des derni\u00e8res d\u00e9cennies, y compris la statique du r\u00e9seau, la dynamique du r\u00e9seau, Monte Carlo et la dynamique mol\u00e9culaire. Parmi eux, la dynamique mol\u00e9culaire est particuli\u00e8rement adapt\u00e9e \u00e0 l'\u00e9tude de la d\u00e9formation plastique. Il \u00e9tudie le comportement en temps r\u00e9el du processus de d\u00e9formation gr\u00e2ce \u00e0 la solution de l'\u00e9quation de Newton du syst\u00e8me d'interaction atomique de certaines fonctions potentielles d'interaction interatomiques d\u00e9finies, et comprend la non-simplification du r\u00e9seau. Harmonicit\u00e9, in\u00e9galit\u00e9 de hauteur des contraintes internes et r\u00e9ponse transitoire du syst\u00e8me.<\/div>\n
La dynamique mol\u00e9culaire s'appuie principalement sur la m\u00e9canique newtonienne pour simuler le mouvement du syst\u00e8me mol\u00e9culaire pour extraire des \u00e9chantillons de syst\u00e8mes compos\u00e9s de diff\u00e9rents \u00e9tats du syst\u00e8me mol\u00e9culaire, calculant ainsi l'int\u00e9grale de configuration du syst\u00e8me et calculant davantage le syst\u00e8me en fonction des r\u00e9sultats de la configuration int\u00e9gral. Grandeurs thermodynamiques et autres propri\u00e9t\u00e9s macroscopiques. Il r\u00e9sout l'\u00e9quation du mouvement pour un syst\u00e8me multicorps compos\u00e9 de noyaux et d'\u00e9lectrons. Il s'agit d'une m\u00e9thode de calcul qui peut r\u00e9soudre le probl\u00e8me de dynamique des syst\u00e8mes d'un grand nombre de compositions atomiques. Il peut non seulement simuler directement les caract\u00e9ristiques d'\u00e9volution macroscopique d'une substance, mais \u00e9galement \u00eatre en accord avec les r\u00e9sultats des tests. Des calculs similaires peuvent \u00e9galement fournir une image claire de la microstructure, du mouvement des particules et de leur relation avec les propri\u00e9t\u00e9s macroscopiques, fournissant un support technique puissant pour le d\u00e9veloppement de nouvelles th\u00e9ories et concepts.<\/div>\n
L'objet de la dynamique mol\u00e9culaire est un syst\u00e8me de particules. L'interaction entre les atomes dans le syst\u00e8me est d\u00e9crite par la fonction potentielle. Par cons\u00e9quent, la s\u00e9lection correcte du type de fonction potentielle et de ses param\u00e8tres joue un r\u00f4le important dans les r\u00e9sultats de la simulation. Dans la plupart des cas, la fonction d'\u00e9nergie potentielle simplifie la description de la d\u00e9formation g\u00e9om\u00e9trique de la mol\u00e9cule dans la mesure o\u00f9 seuls le terme harmonique simple et la fonction trigonom\u00e9trique sont utilis\u00e9s; au lieu de l'interaction entre les atomes de liaison, seules l'interaction de Coulomb et le potentiel de Lennard-Jones sont utilis\u00e9s. Combin\u00e9 pour d\u00e9crire. Parmi eux, la description de la force d'interaction entre les atomes est g\u00e9n\u00e9ralement empirique ou semi-empirique, ce qui peut am\u00e9liorer l'efficacit\u00e9 de calcul, mais ne peut pas r\u00e9v\u00e9ler pleinement les propri\u00e9t\u00e9s multi-corps de la liaison \u00e9lectronique, en particulier les complexit\u00e9s li\u00e9es \u00e0 sa structure et \u00e0 sa chimie dans la proximit\u00e9 de d\u00e9fauts. Fonction variationnelle auto-coh\u00e9rente. La fonction potentielle EAM (Embedded-atom model) de Daw et Baskws combine dans une certaine mesure les propri\u00e9t\u00e9s multi-corps de la liaison \u00e9lectronique.<\/div>\n
La fiabilit\u00e9 de la fonction potentielle d\u00e9pend principalement de la pr\u00e9cision des param\u00e8tres du champ de force, et les param\u00e8tres du champ de force peuvent \u00eatre obtenus en ajustant les donn\u00e9es d'observation exp\u00e9rimentales et les donn\u00e9es ab initio de la m\u00e9canique quantique. \u00c0 l'heure actuelle, le champ de force mol\u00e9culaire le plus largement utilis\u00e9 dans la simulation de syst\u00e8mes macromol\u00e9culaires biologiques est le champ de force CHARMM et le champ de force AMBER, qui est le champ de force mol\u00e9culaire pour l'\u00e9tude pr\u00e9coce des macromol\u00e9cules biologiques. Les param\u00e8tres de champ de force existants sont toujours optimis\u00e9s en permanence et les types de mol\u00e9cules couvertes sont \u00e9galement en expansion. Le mod\u00e8le \u00e0 grains grossiers gagne de plus en plus d'attention dans la recherche biophysique computationnelle, car des particules granuleuses grossi\u00e8res sont d\u00e9finies dans ce mod\u00e8le, correspondant \u00e0 plusieurs atomes ou groupes atomiques ou m\u00eame des mol\u00e9cules dans le mod\u00e8le tout-atome. Le nombre de particules dans le syst\u00e8me est r\u00e9duit, de sorte que l'\u00e9chelle de temps et d'espace de la simulation peut \u00eatre consid\u00e9rablement am\u00e9lior\u00e9e, mais les d\u00e9tails atomiques seront \u00e9galement perdus. Les simulations de dynamique mol\u00e9culaire bas\u00e9es sur ce mod\u00e8le conviennent pour \u00e9tudier des ph\u00e9nom\u00e8nes biologiques lents ou des ph\u00e9nom\u00e8nes biologiques qui d\u00e9pendent de grands assemblages.<\/div>\n
Le principe fondamental de la conception d'un champ de force de base est de minimiser la surcharge d'\u00e9nergie de calcul dans un pas de temps pour maximiser l'\u00e9chelle de simulation. Ceci est particuli\u00e8rement important pour le champ de force atomique complet, m\u00eame pour le mod\u00e8le dit \u00e0 gros grains. En particulier, ce principe est extr\u00eamement important si vous souhaitez simuler des \u00e9chelles de temps en microsecondes, voire en millisecondes.<\/div>\n
La figure 1 montre la relation inverse entre les dimensions spatio-temporelles de la dynamique mol\u00e9culaire, de gauche \u00e0 droite sur la figure: (1) l'eau, les composants de base des cellules; (2) un inhibiteur de la trypsine bovine, une enzyme dont \u00able comportement respiratoire peut \u00eatre examin\u00e9 \u00e0 l'\u00e9chelle d'une milliseconde; (3) les ribosomes, un dispositif biologique complexe qui peut d\u00e9coder l'information g\u00e9n\u00e9tique et produire des prot\u00e9ines; (4) des fragments de membrane photosynth\u00e9tique bact\u00e9rienne violette, avec 25 millions d'atomes, la figure montre le complexe de collecte de lumi\u00e8re int\u00e9gr\u00e9 dans la bicouche phospholipidique et le centre de r\u00e9action photochimique.<\/div>\n
Figure 1 Relation d'\u00e9chelle entre le temps et l'espace de la dynamique mol\u00e9culaire classique<\/div>\n

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Avec la croissance rapide des processeurs informatiques et le d\u00e9veloppement d'architectures informatiques massivement parall\u00e8les, la combinaison de techniques d'architecture massivement parall\u00e9lis\u00e9es ou propri\u00e9taires avec des programmes de dynamique mol\u00e9culaire \u00e9volutifs, les simulations informatiques vont des dislocations aux m\u00e9canismes de d\u00e9formation bas\u00e9s sur les limites des grains. La gamme compl\u00e8te des tailles de grains ouvre de nouvelles voies pour explorer les fronti\u00e8res de recherche des syst\u00e8mes de mat\u00e9riaux.<\/div>\n
Par exemple, William Gon\u00e7alves et al. a utilis\u00e9 la fonction potentielle Wolf BKS (van Beest, Kramer et van Santen) pour d\u00e9crire l'interaction entre les atomes, en utilisant le simulateur parall\u00e8le atomique \/ mol\u00e9culaire \u00e0 grande \u00e9chelle LAMMPS (\u00e0 grande \u00e9chelle atomique \/ mol\u00e9culaire massivement parall\u00e8le). Simulator) a \u00e9tudi\u00e9 la dynamique mol\u00e9culaire de l'\u00e9lasticit\u00e9 et de la r\u00e9sistance des a\u00e9rogels de silice. Ils ont utilis\u00e9 l'algorithme de vitesse-Verlet et un pas de temps de 1,0 fs, et ont utilis\u00e9 des conditions aux limites p\u00e9riodiques dans les trois directions.<\/div>\n
La figure 2 est un diagramme sch\u00e9matique 3D d'un \u00e9chantillon de grand volume simul\u00e9 de plus de 7 000 000 d'atomes, et une section d'\u00e9chantillon de 20 nm d'\u00e9paisseur et une vue agrandie partielle (le bleu est un atome d'oxyg\u00e8ne, le rouge est un atome de silicium), et la figure 3 (un ) est un a\u00e9rogel de 803 nm 3. L'\u00e9chantillon a \u00e9t\u00e9 soumis \u00e0 un essai de traction uniaxiale pour obtenir une courbe contrainte-d\u00e9formation de 300 K, (bd) est une image de rupture ductile typique, et (e) une relation logarithmique entre la r\u00e9sistance \u00e0 la traction et le volume de l'\u00e9chantillon. Ils ont analys\u00e9 qu'afin d'assurer une \u00e9valuation correcte des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques telles que l'\u00e9lasticit\u00e9, la taille de l'\u00e9chantillon simul\u00e9 est au moins 8 fois la taille des pores, tandis que l'a\u00e9rogel de silice avec une hauteur de surface positive n\u00e9cessite un taux de d\u00e9formation relativement faible pour conditions statiques.<\/div>\n
Figure 2 \u00c9chantillon simul\u00e9 d'a\u00e9rogel de silice (plus de sept millions d'atomes)<\/div>\n

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Fig.3 Courbe contrainte-d\u00e9formation (a), relation r\u00e9sistance-volume (e) et image de rupture (bd) de l'essai de traction uniaxiale<\/div>\n

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En g\u00e9n\u00e9ral, la taille critique des grains dc est d'environ 20 \u00e0 30 nm, et la plus grande d\u00e9formation pour la taille des grains (50 \u00e0 100 nm) est principalement d\u00e9termin\u00e9e par des dislocations; lorsque la taille des grains est inf\u00e9rieure \u00e0 30 nm, elle est principalement domin\u00e9e par le processus de d\u00e9formation GB, et la taille des grains est r\u00e9duite. Il en r\u00e9sulte une diminution de la r\u00e9sistance et de la contrainte d'\u00e9coulement, c'est-\u00e0-dire un "effet anti-Hall-Petch". Cependant, la comparaison approfondie entre les potentiels \u00e0 corps multiples et les paires utilis\u00e9es pour mod\u00e9liser les GB dans les m\u00e9taux fcc et bcc r\u00e9v\u00e8le qu'il y a peu de diff\u00e9rence qualitative dans le comportement pr\u00e9vu par ces diff\u00e9rentes descriptions de forces, ce qui sugg\u00e8re que les effets \u00e0 corps multiples peuvent ne pas dominer le comportement des GB.<\/div>\n
Bejaud, J. Durinck et al. utilis\u00e9 la simulation de la dynamique mol\u00e9culaire pour \u00e9tudier l'interaction entre les jumeaux d\u00e9form\u00e9s et les interfaces Cu \/ Ag nanostructur\u00e9es, et analys\u00e9 les effets de la structure de l'interface sur la nucl\u00e9ation, l'expansion et l'\u00e9paississement des jumeaux, et expliqu\u00e9 l'interface de m\u00e9sappariement. Le r\u00f4le de la grille de dislocation. La figure 4 montre la grille de dislocation partielle de Shockley (mise en \u00e9vidence par des lignes noires), le motif triangulaire (section blanche) et la distribution des d\u00e9fauts d'empilement \u00e0 l'interface. Parmi eux, l'atome est color\u00e9 selon le param\u00e8tre de sym\u00e9trie central, l'atome bleu est dans l'environnement FCC parfait et l'atome rouge est dans la faille d'empilement ou la faille de jumelage.<\/div>\n
Figure 4 (a) Vue de dessus des atomes de Cu et Ag le long de l'interface: (ai) interface COC, (a.ii) interface TO, (b) vue lat\u00e9rale selon X = <011> direction: (bi) en COC dans le l'interface et le cas, la r\u00e9gion coh\u00e9rente alterne avec la r\u00e9gion de d\u00e9faut d'empilement inh\u00e9rent (ISF), (b.ii) l'interface TO, et la r\u00e9gion de double d\u00e9faut existe en continu dans la couche Cu et la couche Ag.<\/div>\n

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La figure 5 montre la courbe contrainte-d\u00e9formation et le rapport atomique des jumeaux en fonction de la d\u00e9formation. Gr\u00e2ce \u00e0 l'analyse, ils ont constat\u00e9 que l'interface peut induire directement ou indirectement la nucl\u00e9ation des dislocations jumelles par les dislocations de Lomer, et comment la structure d'interface h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne affecte les diff\u00e9rentes \u00e9tapes du processus de jumelage m\u00e9canique, affectant ainsi la formation de tantale dans le Cu \/ Ag nanostructur\u00e9. La taille du cristal. Cette m\u00e9thode \u00e0 l'\u00e9chelle atomique fournit une base th\u00e9orique utile pour le processus de jumelage m\u00e9canique dans les composites nanom\u00e9triques.<\/div>\n
Figure 5 (a) courbe contrainte-d\u00e9formation, (b) rapport atomique des jumeaux en fonction de la d\u00e9formation<\/div>\n

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Concevoir des mat\u00e9riaux multicouches pour ajuster les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques est un sujet br\u00fblant tout en contr\u00f4lant le m\u00e9canisme de d\u00e9formation car le jumelage permet l'incorporation des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques des nanocouches et des mat\u00e9riaux nanocristallins. \u00c0 cet \u00e9gard, cette \u00e9tude fournit la cl\u00e9 pour comprendre le m\u00e9canisme de l'interaction \u00e0 double interface et soutient l'id\u00e9e que les interfaces h\u00e9t\u00e9rophasiques favorisent le jumelage.<\/div>\n
Pour les composites en couches \u00e0 \u00e9chelle ultra-fine contenant des m\u00e9taux de structure hcp de faible sym\u00e9trie, un grand nombre d'h\u00e9t\u00e9ro-interfaces peuvent absorber efficacement les d\u00e9fauts tels que les lacunes et les atomes interstitiels caus\u00e9s par l'irradiation nucl\u00e9aire, et les m\u00e9taux hcp eux-m\u00eames ont une densit\u00e9, une r\u00e9sistance sp\u00e9cifique , les mat\u00e9riaux multicouches hexagonaux compos\u00e9s de Ti, Zr, Mg et d'autres m\u00e9taux ont commenc\u00e9 \u00e0 attirer l'attention des gens en raison de leur rigidit\u00e9 sp\u00e9cifique \u00e9lev\u00e9e et de leur bonne conductivit\u00e9 \u00e9lectrique et thermique. Cependant, par rapport aux m\u00e9taux fcc et bcc avec une sym\u00e9trie de structure cristalline \u00e9lev\u00e9e, le m\u00e9tal hcp a une faible capacit\u00e9 de d\u00e9formation plastique \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, ce qui restreint l'utilisation de mat\u00e9riaux composites apparent\u00e9s.<\/div>\n
En plus de la r\u00e9solution spatiale et temporelle de l'\u00e9chelle atomique, la simulation de la dynamique mol\u00e9culaire peut d\u00e9crire le comportement du mod\u00e8le nanocristallin id\u00e9alis\u00e9 enti\u00e8rement caract\u00e9ris\u00e9, comme la structure interfaciale, la force motrice et le m\u00e9canisme atomique; d'autre part, il peut se trouver \u00e0 des limites et des positions de grains tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9es. Le grand comportement de d\u00e9formation plastique a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9 \u00e0 la mauvaise densit\u00e9. Par exemple, le m\u00e9canisme de nucl\u00e9ation de la dislocation, la trempe aux limites des grains, le jumelage m\u00e9canique dans l'Al nanocristallin, la r\u00e9duction de la taille des grains de la dislocation au m\u00e9canisme de d\u00e9formation bas\u00e9 sur les limites des grains, l'observation de la bande de cisaillement et sa relation de surface de rupture.<\/div>\n
De plus, dans le processus d'application pratique et de recherche, le mod\u00e8le th\u00e9orique pour diff\u00e9rentes descriptions et s\u00e9lections de probl\u00e8mes, la dynamique a d\u00e9velopp\u00e9 de nombreuses branches th\u00e9oriques, par exemple, Jian Han, Spencer L. Thomas de l'Universit\u00e9 de Pennsylvanie et d'autres s'appuient sur la puissance de la fronti\u00e8re La description de la d\u00e9connexion r\u00e9sume le concept de la dynamique des limites des grains des mat\u00e9riaux polycristallins, Zheng Ma et al. ont \u00e9tudi\u00e9 la cin\u00e9tique de pr\u00e9cipitation de FeCO3, ainsi que la cin\u00e9tique surface \/ interface.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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In order for the microscopic simulation system to reflect the macroscopic experimental phenomena, it is necessary to periodically replicate the simulated object system through periodic boundary conditions to avoid edge effects that do not exist in practice. In principle, the theoretical study of any molecular system requires the solution of the time-dependent Schr\u00f6dinger equation. However,…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"class_list":["post-1729","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-materials-weekly"],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1729","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1729"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1729\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1729"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1729"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1729"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}