Квантово-механическое моделирование наноструктур из первых принципов

Реальные объекты физики конденсированного состояния – жидкости и твердые тела, состоят из очень большого числа атомов, которые в свою очередь состоят из ядер и электронов. Это существенно квантовые объекты, которые надо описывать на языке квантовой механики. Существует много приближенных подходов к решению подобных задач, но, благодаря прогрессу в развитии современной вычислительной техники, в последнее время активно применяется так называемый подход квантово-механического моделирования из первых принципов (ab-initio подход). По сути, это численное моделирование пространственной структуры системы, энергетического спектра ее электронов и оптического отклика путем численного решения уравнений, аналогичных уравнению Шредингера. Наиболее известным и широко применяемым ab-initio подходом является теория функционала плотности (Density functional theory - DFT). Разумеется, на данный момент времени созданы уже готовые к применению инструменты для подобных расчетов в виде пакетов квантово-механического моделирования на базе DFT, такие как QuantumEspresso, Gaussian, Gamess, Octopus, VASP, GPAW и другие.

 

В рамках данного проекта предлагается провести конкретные расчеты для:

1) поиска оптимальной геометрии элементарной ячейки кристалла

2) энергетического спектра электронов в кристалле

3) оптического отклика кристалла.

 

Планируется использовать два бесплатных пакета – QuantumEspresso и GPAW. Специфика алгоритма расчетов, заложенных в эти программы, такова, что они позволяют очень эффективно рассчитывать параметры именно кристаллических структур, в которых важна периодичность повторения положений атомов в кристаллической решетке.

Вот ссылки на очень полезные ролики, иллюстрирующие:

1. Основы работы с QuantumEspresso

2. Набор проектов, реализуемых на QuantumEspresso

3. Основы работы с QuantumVitas

Руководитель – Роман Полозков