О некоторый возможностях современного квантово-механического ПО

Известно, что прогресс в вычислительной технике в период последних 5-ти лет позволил выйти квантово-механическому моделированию из суперкомпьютерных центров к «широкому кругу» пользователей путем повсеместного внедрения в университетах и на производстве недорогих, но высокопроизводительных вычислительных кластеров. Квантово-механическое ПО развивается не менее быстрым темпом.

Рассмотрим некоторый возможности современного ПО для проведения квантово-механических расчетов при моделировании наноструктур.

Наиболее качественные результаты моделирования возможны при использовании ПО, реализующего методы теории функционала плотности (ТФП), или ab-initio методы (моделирование «из первых принципов»). Результаты моделирования, приведенные в этой статье получены на условно-бесплатном ПО, использующем ТФП (англ. DFT): AbInit, Siesta, Dacapo, Exciting, Fleur, Elk, FHImd.

Молекулярная динамика наноструктур. Молекулярная динамика – подход, при котором моделируют движение каждого атома в молекулярной системе для того, чтобы наблюдать кинетическое поведение системы и ее свойства в равновесном состоянии при заданных параметрах окружающей среды.

Кристалл меди при Т=0 К

... Читать дальше »

Нанохлопья помогут создать эффективные батареи для электрокаров

Разделение материалов в атомно-тонких нанолистах может привести к целому ряду новых устройств для восстановления энергии из отходов тепла, а также более эффективным батареям и суперконденсаторам для электромобилей.

Джонатан Коулман из колледжа Тринити в Ирландии, Валерия Николози из Оксфордского университета и их коллеги разработали простую технику для создания хлопьев, толщиной в один или несколько атомов из ряда различных многослойных материалов.

Разделение этих материалов в один слой может повысить их уникальные свойства, создавая «супер» материалы, таких как нанолисты, которые являются термоэлектрическими, то есть они могут генерировать энергию из тепла в выхлопных трубах автомобилей или запитывать энергией дома от дымоходов.

Более того, команда также можете скомбинировала вместе материалы с различными свойствами. Так, например, дисульфид вольфрама преобразует тепло в электричество, но не очень хорошо проводит его, что затрудняет его использование.

Добавление проводника, такого, как углеродные нанотрубки, приводит к гибридному материалу, который может и то и другое, говорит Коулман. «Вы сохраняете термоэлектрические свойства, но проводимость увеличивается».

... Читать дальше »

Физики сделали первый атомный рентгеновский лазер

Ускоритель в SLAC. Фото с сайта организации.

Физики сделали первый в мире атомный рентгеновский лазер. Статья исследователей появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW.

Схема работы обычного лазера выглядит следующим образом: между двумя зеркалами – полупрозрачным и непрозрачным – находится активная среда (это может быть газ, жидкость, твердое тело). При помощи некоторого процесса, – например, электрическим разрядом в газовых лазерах, – происходит накачка среды энергией. После этого в среде лавинообразно возникает излучение, поскольку возникающие фотоны заставляют атомы излучать еще фотоны.

Часть излучения оказывается заперта между зеркалами для поддержания процесса, а часть выходит в виде лазерного луча.

Подобным атомным методом были получены лазеры разных типов, однако, в рентгеновском диапазоне получить такие лазеры не удавалось. В рамках новой работы ученые впервые смогли сделать это. В качестве активной среды выступал газ неон, а для накачки использовался лазер LCLS.

Линейный источник когерентного света (Linac Coherent Light Source или LCLS) с длиной волны 0,15 нанометра заработал еще в 2009 году, став первым в мире рентгеновским лазером (по крайней мере, в гражданских, а не военных лабораториях). В нем источником рентгеновского излучения являются пучки э ... Читать дальше »

Двухслойный графен проявил неожиданное свойство

Снимок электронного микроскопа: графеновый лист (окрашен красным) закреплён между двумя электродами.

Гексагональная решётка углерода толщиной в один атом известна рекордно высокой подвижностью электронов. Теперь же учёные открыли, что совмещённые две такие плоскости при определённых условиях превращаются в изолятор.

Новое явление обнаружила группа физиков из трёх научных учреждений США. Оказалось, что в сдвоенном графене (bilayer graphene — BLG) существует запрещённая зона, которой вовсе нет в графене однослойном.

Из-за этого в условиях, когда число электронов, бегущих по углеродной плоскости, очень мало, такой материал ведёт себя как изолятор.

Рис. 1. Схема двухслойного графена. Синие шарики – атомы углерода (иллюстрация Lau lab, UC Riverside).

Ведущий автор работы, Чунь Нин Лау (Chun Ning Lau) из Калифорнийского университета в Риверсайде, объясняет:

«BLG становится изолятором, потому что его электроны спонтанно организовывают себя, когда их количество невелико. Вместо того чтобы передвигаться случайным образом, электроны движутся в определённом порядке.

... Читать дальше »

Кремниевая «упаковка» значительно повышает эффективность наночастиц золота в борьбе с раковыми клетками

Облучая инфракрасным светом специально разработанные заполненные наночастицами золота кремниевые пластины, ученые из Научно-исследовательского института Методистской больницы (The Methodist Hospital Research Institute), США, успешно «сожгли» клетки рака молочной железы. Если эта технология преодолеет клинические испытания, в арсенале врачей появится неинвазивная альтернатива хирургическому удалению опухолей, которая может быть использована в сочетании с традиционными методами лечения рака, такими как химиотерапия, что сделает эти методы более эффективными.

Облучаемые инфракрасным светом
пластины кремния, заполненные полыми
наночастицами золота, успешно находят и
сжигают клетки раковой опухоли молочной железы.
(Рис. Methodist Hospital, Houston)

Чтобы усилить ответ наночастиц золота на инфракрасный свет, доктор Шен и его коллеги обратились к технологии, разработанной президентом Нау ... Читать дальше »