Исследования, проведенные в последнее время разными авторами[1][2][3][4], показали, что в некоторых материалах, немагнитных в макроскопическом состоянии, при определённых обстоятельствах могут
произойти переходы к наноструктурным образованиям, вследствие чего
у них появятся магнитные свойства. Такие структурные переходы могут
быть вызваны разными способами, например, механической деформацией,
охлаждением при азотных температурах или лазерной абляцией. В связи с
этим возникает задача исследования физических процессов, приводящих к
появлению этой самой намагниченности.
Настоящая работа состоит в разработке комплекса программ для исследования электронных состояний и магнитных свойств молекул и кластеров.
Для реализации этой цели предлагается использовать методы, разработанные
в теории твёрдых тел и показавшие свою эффективность в данной области.
Одним из таких методов является метод рассеянных волн[5]. Его применимость как для простых молекул, так и для многоатомных кластеров и наноструктур была показана ранее[6]. Есть в нём, однако, труднопреодолимый недостаток: повышение точности описания поведения электронов в пространстве между атомами в рамках этого метода не представляется возможным, что затрудняет его применение для пространственно разделённых
молекул и кластеров. Для того, чтобы избавиться от этого недостатка, в
курсовой работе начата реализация ещё одного из методов зонной теории
кристаллов –– метода присоединённых плоских волн[7], в котором достаточно просто увеличить число базисных функций –– плоских волн.
Ещё одна проблема, с которой сталкиваются при квантово-механических расчётах молекулярных систем –– это расчёт обменно-корелляционных интегралов. Она возникает из-за нелокальности обменно-корреляционного потенциала, что приводит к значительному увеличению объёма вычислений
из-за необходимости расчёта большого числа многоцентровых интегралов.
Однако, если использовать локальные аппроксимации обменного потенциала, то объём расчётов удаётся уменьшить на два порядка. Такой подход был разработан в теории твёрдых тел и начало ему положено в модели Слэтера, предложенной в середине прошлого века.
По мере использования различных способов расчёта обменно-корреляционных потенциалов предполагается тестировать их на простых объектах и использовать в дальнейшей работе.
Следует отметить, что в работе не задействованы методы теории групп,
поэтому сохраняется возможность изучения свойств молекул и кластеров
произвольной геометрии, а также изучать поведение систем в динамике, например, при деформациях или изменениях температуры.
Несмотря на то, что в данной работе демонстрируется приложение разработанных программ на примере изучения магнитных свойств кластеров, в перспективе их возможности на этом не ограничиваются. Их также можно использовать для вычисления спектров, оптимизации геометрии и изучения
прочих физических свойств молекул и кластеров.
Одним из принципов при разработке программного комплекса было
ограничение списка задействованных программных библиотек и пакетов
свободным программным обеспечением, что увеличивает научную ценность работы, облегчая её воспроизводимость, а также позволяет в перспективе опубликовать созданные программы под такой же свободной лицензией.
Работа состоит из обзора литературы, составной частью которого является обзор использованных физических моделей, за ним следует краткое описание задействованных математических библиотек и пакетов, далее – описание и обоснование принятых решений при разработке программ, и, наконец, полученные результаты.
В результате данной работы разработан комплекс программных средств, пригодных для реализации методов присоединённых плоских волн и рассеяных волн для изучения электронных состояний и физических свойств молекул и кластеров произвольной геометрии, в том числе с применением средств распараллеливания вычислений. Комме топббыло боблюдено требование использования только свободных программных библиотек и пакетов,что позволяет в перспективе опубликовать программы под такой же свободной лицензией.
Проведены расчёты методом присоединённых плоских волн для некоторых молекул и кластеров,и в них обнаружен магнитный момент.
В будущем авторы планируют масштабировать созданные программы на случай больших (до ста aтoмoв)мoлeулл илластеоов, в отетнoчти, с использованием средств сетевого распараллеливания. По peзллстттом проведённых вычислений готовятся статьи.
