نانومحاسبات چیست؟
تئوری تابعی چگالی (Density Functional Theory - DFT) یکی از کارآمدترین روش های محاسباتی سیستم های بس ذره ای است و این به دلیل کارایی محاسباتی بالای آن، کاهش حجم محاسبات و دقت خوب آن در مقایسه با سایر روش ها است. اهمیتDFT هنگامی روشن تر می شود که بدانیم به خاطر آن جایزه نوبل شیمی در 1998 به کوهن یکی از بنیان گذاران آن داده شده است. کوهن و شم یک دستگاه فرضی شامل الکترون هایی که هیچ برهم کنشی برهم ندارند را در نظر گرفتند و در نهایت به معادلاتی رسیدند که با آن ها به صورت خود-سازگار خواص حالت پایه دستگاه را محاسبه کردند. پیدا کردن این انرژی به صورت کلی امکان ندارد بنابراین باید از روشهای تقریبی استفاده کرد که بعضی از این تقریب ها، تقریب چگالی موضعی (LDA) و تقریب شیب تعمیم یافته (GGA) است.
همانگونه که در شکل (1) دیده می شود DFT انقلابی در عرصه ی مطالعه ی تئوری جامدات و درشت مولکول ها پدید آورده و در سالهای اخیر رشد چشمگیر و فزاینده ای در بررسی خواص مواد و طراحی مواد جدید داشته است. تلاش های بسیاری جهت افزایش دقت محاسباتی مبتنی بر DFT انجام شده و به مدد توسعه ی سخت افزارهای کامپیوتری و افزایش توان پردازشی کامپیوترهای محاسباتی در دو دهه ی گذشته، امکان مطالعه ی سیستم ها و ساختار های بزرگتر و پیچیده تر را فراهم کرده است.
شکل 1: رشد خیره کننده ی انتشار مقالات مبتنی بر تئوری تابعی چگالی در سالهای اخیر.
دقت بالای پیشبینی های مبتنی بر روش های ابتدا به ساکن پیرامون خواص مواد گوناگون از دو جهت اهمیت بالایی می یابد. اولا، به شناخت دقیق پدیده ی در حال وقوع کمک می کند، ثانیا در مقابل کارهای آزمایشگاهی هزینه ی بسیار پایینی دارد. از آنجایی که کارهای تجربی بسیار سخت و پر هزینه می باشند، ثابت شده است که استفاده از روش های تئوری و شبیه سازی های کامپیوتری استراتژی بسیار موئثری در جهت کاهش هزینه و زمان صرف شده در جهت بررسی مواد گوناگون می باشد.
موضوعات تحقیقاتی که به کمک تئوری تابعی چگالی در حوزه ی شیمی محاسباتی و فیزیک محاسباتی می توان انجام داد به قرار زیر می باشد:
• بررسی خواص مکانیکی (نانولوله- نانوریبون- صفحات- ساختارهای بالک)
• بررسی خواص الکترونی
• بررسی خواص اپتیکی
• محاسبه ی ترابرد الکتریکی و اسپین
• بررسی جذب فیزیک و شیمیایی و خواص کاتالیستی
• بررسی خواص ترمودینامیکی
• مطالعه ی سطح خارجی ساختارها و آلیاژها
• سلول های خورشیدی
• باتری های لیتیوم/سدیم/منگنز و ...
• ابررساناها
In this paper, the electronic and optical properties of single-layer (SL) and multilayer (ML) structures of MAPbX3 (X = Cl, Br, I and MA = CH3NH3) have been studied by density functional theory (DFT) in order to predict its photovoltaic capabilities. The results have shown that SL- and ML-MAPbX3 have a direct band gap in the range of 1.76–2.70 eV.
The calculation of dielectric constants has depicted that the static dielectric constants (SDCs) of SL-MAPbX3 are smaller than SDCs of ML-MAPbX3. However, as we expected, the reaction of the structures to in-plane (║) and out-of-plane (┴) polarizations was different; therefore, the SL- and ML-MAPbX3 (X = Cl, Br, I) were optically anisotropic.
In addition, the intensity of the optical absorption spectrum for ML-MAPbX3 structures is approximately three times higher than that of SL-MAPbX3 structures. By increasing the radius of halogens (RCl<RBr<RI), surface area under the absorption curve increases and absorbs more.
Furthermore, our results have shown that the electronic and optical behavior of 2D-MAPbX3 is suitable for photovoltaic applications and makes them useful for OIHP solar cells.
Ref: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/15567036.2019.1568645
Ref: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8617679
In this paper, we have addressed the structural stability and hydrogen storage capability of single side and double side Na-decorated γ-Graphyne, Graphyne-like Boron Nitride and CCBN-yne, using three methods of density functional theory approximation: PBEsol, vdW-DF2-B86R and vdW-DF2. We also investigated the electronic properties of these structures, decorated by Na atoms and adsorbing hydrogen, such as density of states and band structure. Our results showed that hydrogen can be adsorbed up to three molecules per Na atom. We found the optimal geometries of adsorbed hydrogen molecules on adsorption candidates. We also found that Direct band-gap at “M” point changes after decoration and adsorption in mentioned structures. Finally, we explored metallic structures for hydrogen storage which can be used in the industry of fuel cells.
Ref: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025540817310139