صفحه اصلی | ان آر تی سی | صفحه اصلی<

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