Mô phỏng trong vật lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Võ Văn Hoàng (chủ biên), Huỳnh Kim Lâm, Nguyễn Trung Hải, Nguyễn Hà Hùng Chương MÔ PHỎNG TRONG VẬT LÝ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH 2016 I MỤC LỤC MỤC LỤC I CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA Q TRÌNH MƠ PHỎNG 1.1 BẢN CHẤT CỦA Q TRÌNH MƠ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH 1.2 HỆ THỐNG, MƠ HÌNH VÀ Q TRÌNH MÔ PHỎNG 1.2.1 Hệ thống 1.2.2 Mô hình 1.2.3 Giải pháp giải tích giải pháp mơ 1.3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH Q TRÌNH MƠ PHỎNG 1.4 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA MÔ PHỎNG 11 1.5 THIẾT KẾ MỘT PROGRAM ĐỂ MÔ PHỎNG 12 1.5.1 Thiết kế chương trình (program) 12 1.5.2 Kiểm tra chương trình viết 12 1.5.3 Một số hướng dẫn viết chương trình 13 1.6 CÁC CHI TIẾT KỸ THUẬT CỦA Q TRÌNH MƠ PHỎNG 14 1.6.1 Trạng thái ban đầu mơ hình 14 1.6.2 Các điều kiện biên 14 1.6.3 Biên tuần hoàn 15 1.6.4 Biên tuần hồn theo 02 hướng khơng tuần hoàn theo 01 hướng 16 1.6.5 Biên khơng tuần hồn cho 03 hướng 17 1.6.6 Thế tương tác nguyên tử 19 1.6.7 Đơn vị ước lượng 23 1.7 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU LỎNG, VƠ ĐỊNH HÌNH VÀ TINH THỂ 24 1.7.1 Những đặc trưng cấu trúc vật liệu lỏng vô định hình 24 1.7.2 Cấu trúc kim loại vơ định hình 29 1.7.3 Mạng tinh thể kim loại 32 1.8 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỔ ĐIỂN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG – TÍNH TOÁN LƯỢNG TỬ 35 1.8.1 Các phương pháp cổ điển 35 1.8.2 Các phương pháp lượng tử 36 1.9 TƯƠNG QUAN KÍCH THƯỚC-THỜI GIAN-PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG 36 Tài liệu tham khảo chương 38 CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG CỔ ĐIỂN DÙNG TRONG VẬT LÝ 40 2.1 PHƯƠNG PHÁP METROPOLIS MONTE-CARLO CỔ ĐIỂN 40 2.1.1 Quá trình ngẫu nhiên sản sinh số ngẫu nhiên 40 2.1.2 Phương pháp bước ngẫu nhiên 41 2.1.3 Thuật toán Metropolis Monte-Carlo 44 2.1.4 Sơ đồ khối phương pháp Metropolis Monte-Carlo 45 2.1.5 Ứng dụng phát triển gần phương pháp Monte-Carlo 48 2.1.6 Phương pháp Monte-Carlo đảo 48 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ CỔ ĐIỂN 51 2.2.1 Nội dung phương pháp 51 2.2.3 Chế độ tính tốn NVE, NPT, NVT 55 2.2.4 Các ứng dụng 55 2.2.5 Ưu điểm hạn chế 56 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LAMMPS 56 II Tài liệu tham khảo chương 58 3.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỪ CÁC NGUYÊN LÝ BAN ĐẦU 59 3.1.1 Cơ s h c lượng tử 59 3.1.2 Phương trình Schr dinger 66 3.2 PHƯƠNG PHÁP HARTREE-FOCK 69 3.3 PHƯƠNG PHÁP DFT 72 3.3.1 Định lý Hohenberg-Kohn 73 3.3.2 Phương pháp Kohn-Sham 74 3.3.3 Thảo luận 77 3.3.4 Tính tốn thực hành 78 3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ SỬ DỤNG NGUYÊN LÝ BAN ĐẦU 79 3.4.1 Động lực h c phân tử Bohr-Oppeheimer (BOMD) 80 3.4.2 Động lực h c phân tử Car-Parrinello (CPMD) 80 Phục lục 3.1: Các thuật ngữ, ký hiệu từ viết tắt 82 Tài liệu tham khảo chương 83 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÁC HỆ ĐƠN GIẢN ĐƠN NGUYÊN TỬ 85 4.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 85 4.1.1 Các khái niệm 85 4.2 MỘT SỐ HỆ CÓ TƯƠNG TÁC ĐƠN GIẢN THƯỜNG DÙNG 87 4.2.1 Hệ với tương tác Lennard-Jones 87 4.2.2 Hệ cầu cứng/mềm đĩa cứng/mềm 88 4.2.3 Hệ với tương tác Dzugutov 89 4.2.4 Hệ với tương tác Lennard-Jones-Gauss 91 4.2.5 Hệ với tương tác có lõi mềm hai khoảng cách đặc trưng 93 4.2.6 Hệ với tương tác Jagla 94 4.2.7 Hệ với tương tác Honeycomb 95 4.3 NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG ĐƯỢC KHẢO SÁT KHI DÙNG HỆ ĐƠN GIẢN ĐƠN NGUYÊN TỬ 98 4.4 MƠ PHỎNG CẤU TRÚC VÀ CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA CHẤT LỎNG VÀ VƠ ĐỊNH HÌNH 99 4.4.1 Mô cấu trúc chất lỏng, chất lỏng làm lạnh nhanh chất rắn vơ định hình99 4.4.2 Tính tính chất nhiệt động h c 102 4.5 MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG TINH THỂ HÓA 109 4.5.1 Tinh thể hóa mơ hình dạng vật liệu khối 111 4.5.2 Tinh thể hóa mơ hình dạng màng mỏng 113 4.5.3 Tinh thể hóa mơ hình dạng hạt nano 114 4.6 MƠ PHỎNG HIỆN TƯỢNG NĨNG CHẢY 116 4.6.1 Nóng chảy vật liệu khối-nóng chảy đồng 117 4.6.2 Nóng chảy hệ có bề mặt tự – nóng chảy khơng đồng 120 4.6.3 Nóng chảy vật liệu vơ định hình (vật liệu khối, màng mỏng hạt nano) 126 4.7 MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG CHUYỂN PHA TỪ LỎNG SANG VƠ ĐỊNH HÌNH 131 4.7.1 Chuyển pha từ lỏng sang vơ định hình vật liệu khối 131 4.7.2 Chuyển pha từ lỏng sang vô định hình vật liệu có bề mặt tự (màng mỏng hạt nano) 134 Tài liệu tham khảo chương 136 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VẬT LIỆU KHỐI, VẬT LIỆU CĨ KÍCH THƯỚC NANO VÀ VẬT LIỆU CHIỀU 139 III 5.1 ĐIỀU KIỆN BIÊN DÙNG TRONG MƠ PHỎNG VẬT LIỆU KHỐI, VẬT LIỆU CĨ KÍCH THƯỚC NANO VÀ VẬT LIỆU CHIỀU (2D) 139 5.2 MÔ PHỎNG VẬT LIỆU KHỐI 142 5.2.1 Khái quát 142 5.2.2 Mô vật liệu bán dẫn aluminosilicate 143 5.2.3 Mô kim loại hợp kim 160 5.3 MÔ PHỎNG MÀNG MỎNG, HẠT NANO 174 5.4 MÔ PHỎNG VẬT LIỆU MỘT LỚP NGUYÊN TỬ (VẬT LIỆU HAI CHIỀU) 177 5.4.1 Mô graphene 178 5.4.2 Mô silicene 182 5.4.3 Mô loại vật liệu chiều khác 187 5.4.4 Mô hệ chiều tương tác đơn giản 189 Tài liệu tham khảo chương 195 CHƯƠNG MÔ PHỎNG PROTEIN 198 6.1 TỔNG QUAN 198 6.1.1 Protein 198 6.1.2 Mô protein 202 6.1.3 Cơ s lý thuyết phương pháp mô 203 6.2 THẾ TƯƠNG TÁC 206 6.2.1 Thế tương tác lượng tử 207 6.2.2 Thế tương tác h c phân tử 210 6.2.3 Thế tương tác QM/MM 219 6.2.4 Thế tương tác coarse-grained 224 6.2.5 Mơ hình nước khơng tường minh (Implicit Solvent) 229 6.3 CÁC THUẬT TOÁN CƠ BẢN 233 6.3.1 Cực tiểu hóa lượng 234 6.3.2 Các phương pháp mô nhiệt độ áp suất cố định 236 6.3.3 Phương pháp Replica Exchange 241 6.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG TỰ DO 243 6.4.1 Lý thuyết lượng tự nhiễu loạn 244 6.4.2 Phương pháp tích phân nhiệt động h c 247 6.4.3 Phương pháp Umbrella Sampling 248 6.4.4 Phương pháp Metadynamics 252 Tài liệu tham khảo chương 253 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ CỔ ĐIỂN VÀ CÁC PHẦN MỀM XỬ LÝ DỮ LIỆU 255 7.1 MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ CỔ ĐIỂN ỨNG DỤNG CHO PROTEIN VÀ CÁC HỆ SINH HỌC 255 7.2 CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ CỔ ĐIỂN PHỔ BIẾN 256 7.3 CÁC PHẦN MỀM XỬ LÝ DỮ LIỆU MÔ PHỎNG 259 7.4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GROMACS 260 7.4.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm GROMACS để mô hệ protein nước 262 Phụ lục 7.1: Tập tin mdp sử dụng cho bước - đưa ion vào hệ bước - cực tiểu hóa lượng 283 Phụ lục 7.2: Tập tin mdp sử dụng cho bước - chạy cân NVT 284 Phụ lục 7.3: Tập tin mdp sử dụng cho bước - chạy cân NPT 286 Phụ lục 7.4: Tập tin mdp sử dụng cho bước - chạy mô MD 288 IV Tài liệu tham khảo chương 290 PHỤ LỤC NHỮNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SỬ DỤNG CÁC NGUYÊN LÝ BAN ĐẦU 291 PHỤ LỤC NHỮNG THUẬT NGỮ TIẾNG ANH THƠNG DỤNG 303 LỜI NĨI ĐẦU Mơn h c Mô Vật lý giảng dạy khóa cho sinh viên (SV) bậc Đại h c Cao h c Trường Đại h c Bách Khoa Tp HCM, Trường Đại h c Cần Thơ số s đào tạo khác nước Để đáp ứng nhu cầu h c tập tham khảo cho SV bậc h c, biên soạn lại nội dung sách để tái Phiên sách biên soạn đến 90% so với phiên cũ xuất năm 2004 Sách gồm 07 chương phần phụ lục bao gồm 04 nội dung chính: Kiến thức s lĩnh vực mơ phỏng-tính tốn; Các phương pháp tính tốn mơ cổ điển lượng tử; Giới thiệu số phần mềm thông dụng; Kết mô số đối tượng cụ thể: mô hệ đơn giản, hạt nano, màng mỏng, vật liệu khối, vật liệu chiều, protein đối tượng sinh học Chúng đưa vào phần Phụ lục từ, thuật ngữ tiếng Anh thường dùng Ngoài khái niệm thông tin thuộc kiến thức s đưa thông tin khoa h c chủ đề kèm theo tài liệu tham khảo tương ứng Do vậy, sách hữu ích cho đối tượng thực nghiên cứu Vật lý phương pháp mô Trong phạm vi sách, giới hạn đến số vấn đề lĩnh vực Vật lý vật liệu tính tốn, Vật lý nano tính tốn, Vật lý thống kê tính tốn, Vật lý protein Cần lưu ý, mục đích tái sách phục vụ đào tạo nghiên cứu khoa h c phạm vi tương đối hẹp mà chúng tơi có trách nhiệm ĐHQG-HCM thực sách chuyên khảo mang tính phổ qt cho tồn lĩnh vực Vật lý tính tốn Sách sản phẩm đề tài ĐHQG loại B (mã số B2014-20-01) cám ơn hỗ trợ tài ĐHQG HCM Sách khơng khỏi thiếu sót, chúng tơi chân thành tiếp thu ý kiến đóng góp đồng nghiệp Các ý kiến xin g i GS Võ Văn Hoàng Các chương I, II, IV, V GS.TS Võ Văn Hoàng (ĐH Bách Khoa-ĐHQG HCM) biên soạn Chương III Phụ lục PGS.TS Huỳnh Kim Lâm (ĐH Quốc tế - ĐHQG HCM) biên soạn với đóng góp CN Huỳnh Chơn Thiện Chương VI TS Nguyễn Trung Hải (Viện Công nghệ Illinois) biên soạn Chương VII TS Nguyễn Hà Hùng Chương (ĐH Tôn Đức Thắng) biên soạn Phụ lục GS Võ Văn Hoàng TS Nguyễn Hà Hùng Chương biên soạn Các tác giả cảm ơn ThS Nguyễn Hoàng Giang tham gia chỉnh sửa lên khn thảo Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2016 GS.TS Võ Văn Hồng Phịng thí nghiệm Vật lý tính tốn Trường Đại h c Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp Hồ Chí Minh Email: vvhoang2002@yahoo.com CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA Q TRÌNH MƠ PHỎNG 1.1 BẢN CHẤT CỦA Q TRÌNH MƠ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH Nếu lý thuyết thực nghiệm “cái chân” truyền thống khoa h c Khoa h c-Tính tốn (KHTT) phát triển mạnh mẽ xem "cái chân thứ ba” khoa h c KHTT hiểu khoa h c việc xây dựng mơ hình tính tốn thực chúng máy tính để giải vấn đề phức tạp ngành khoa h c-kỹ thuật khác Có thể xem KHTT gồm 03 phần chính: s khoa h c máy tính, s khoa h c-tính tốn (bao gồm tốn ứng dụng, phương pháp tính tốn-mơ phỏng, ngơn ngữ lập trình, phần mềm tính tốn-mơ phỏng, phương pháp tính tốn-xử lý liệu-đồ h a …) phần kiến thức chuyên ngành lĩnh vực khoa h c cụ thể (như tốn h c, vật lý, hóa h c, sinh h c,…) Trong đó, phần cốt lõi KHTT có mơ hình hóa mơ Hình 1.1 Minh h a 03 phần Khoa h c tính tốn: Tốn h c + Khoa h c máy tính + Khoa h c kỹ thuật chuyên ngành (vẽ lại từ Hình website: http://luckritzh.blogspot.com/, ngày lấy: 25/03/2016) Trước hết, mơ hình hóa q trình tìm mơ hình đơn giản để mơ tả khái quát hệ thống thực Ta bỏ bớt phức tạp không cần thiết khơng chất, cần mơ hình mơ tả chất quan tr ng hệ thống thực mà ta cần nghiên cứu Mô hình KHTT mơ hình tính tốn máy tính thể thơng qua thuật tốn ngơn ngữ lập trình, tức chúng mơ tả ngơn ngữ tốn h c Trong mô việc tạo thật máy tính hệ thống thực cho “thấy” chúng vận hành Mô mơ hình ln với nhau, muốn mơ hệ thống thực phải có mơ hình tính tốn hệ thống thực thực việc tính tốn mơ hình máy tính, chúng cho phép nhà nghiên cứu xây dựng thử nghiệm mơ hình tượng phức tạp máy tính Nói cách khác hình thức nghiên cứu mới: làm thực nghiệm máy tính, với hiệu cao, chi phí thấp tiết kiệm nhiều thời gian Các kỹ thuật mô phát triển sơi động vịng chục năm qua phát triển máy tính, ứng dụng rộng khắp nhiều lĩnh vực khoa h c-kỹ thuật Cho đến nay, khó hình dung lĩnh vực khoa h c-kỹ thuật phát triển mà thiếu đóng góp KHTT Sự đời KHTT góp phần hình thành nên ngành khoa h c như: Toán h c tính tốn, Vật lý tính tốn, Hóa h c tính tốn, Sinh h c tính tốn, Y h c tính tốn, Cơ h c tính tốn 1.2 HỆ THỐNG, MƠ HÌNH VÀ Q TRÌNH MƠ PHỎNG 1.2.1 Hệ thống Hệ thống xem tập hợp thực thể, tập hợp nguyên tử-phân tử, hệ thống giao thông thành phố, tập hợp khách hàng siêu thị, … chúng vận động tương tác lẫn hướng đến kết thúc có logic Trên thực tế, hệ thống cịn phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu Tập hợp thực thể tạo nên hệ thống cho nghiên cứu tập hợp thuộc hệ thống nghiên cứu khác Trạng thái hệ thống tập hợp biến cần thiết để diễn tả hệ thống vào thời điểm đó, liên quan đến đối tượng nghiên cứu Có thể phân làm hai loại hệ thống: hệ thống gián đoạn hệ thống liên tục Hệ thống gián đoạn biến trạng thái thay đổi tức thời thời điểm rời rạc theo thời gian Ví dụ: ngân hàng hệ thống gián đoạn, biến trạng thái – số khách hàng ngân hàng thay đổi có khách hàng đến khỏi ngân hàng Hệ thống liên tục biến trạng thái thay đổi liên tục theo thời gian, ví dụ: máy bay di chuyển khơng gian Khi đó, biến trạng thái vị trí vận tốc máy bay thay đổi liên tục theo thời gian Trong thực tế, có hệ thống khơng hồn tồn rời rạc, khơng hồn tồn liên tục Tuy nhiên, hai dạng có ưu nhiều cho hệ thống thuộc dạng hay dạng Tại số điểm thời gian tồn hệ thống, ta cần khảo sát hệ thống để hiểu mối tương quan thành phần hệ thống, suy đoán biểu hệ thống có tác dụng điều kiện Sơ đồ nghiên cứu hệ thống xem qua Hình 1.2 304 appropriate (adj) approximate (v) atomic (adj) atomic arrangement atomic cluster atomic configuration atomic displacement distribution atomic level atomic mechanism atomic packing atomic velocity rescaling atomistic (adj) attractive (adj) average (adj) phù hợp gần thuộc nguyên tử xếp nguyên tử cụm nguyên tử cấu hình nguyên tử, phân bố ngun tử mơ hình phân bố độ dịch chuyển nguyên tử mức nguyên tử chế nguyên tử xếp nguyên tử điều chỉnh lại vận tốc nguyên tử mức độ nguyên tử tương tự atomic hút (attractive term of potential: phần thể tương tác hút tương tác) trung bình B backbone ballistic region band gap band structure barostat (n) basis set (n) behavior (n) binary (adj) binary compound body-centered cubic (bcc) bond (n) bond length bond-angle distribution Bohr-Oppeheimer molecular dynamics (BOMD) boundary (n) buckling (adj) mạch chuỗi peptide, không bao gồm nguyên tử cấu tạo nên nhánh phụ vùng bắn v t lên (giai đoạn đầu chuyển động nguyên tử) vùng cấm (trong bán dẫn) cấu trúc vùng (vùng lượng) nguồn áp suất hàm s tính chất thuộc hai loại (binary alloy: hợp kim hai loại nguyên tử) hợp chất loại nguyên tử lập phương tâm khối liên kết (hóa h c, nguyên tử) độ dài liên kết phân bố góc liên kết động lực h c phân tử Bohr-Oppeheimer biên, biên giới lệch khỏi mặt phẳng chung phân bố nguyên tử số vật liệu chiều (VD 305 bulk (adj) by means silicene) vật liệu khối (mơ hình với biên tuần hoàn) cách, phương pháp C caging effect Car-Parrinello molecular dynamics (CPMD) cavity (n) character (n) characteristic behavior classical MD close-packed atomic arrangement cohesive energy combination (n) compare (v), comparision (n) composition (n) compound (adj,n) comprise (v) computational physics computational science computer simulation concentration (n) condense (v) condensed matter condition (n) conformational change configuration (n) confinement (n) confinement effect connect (v) contribute (v) contribution (n) cool (v) cooling rate coordinate (n) hiệu ứng nguyên tử bị kiềm giữ b i nguyên tử lân cận động lực h c phân tử Car-Parrinello lỗ trống vật liệu tính chất, đặc trưng tính chất đặc trưng phương pháp động lực h c phân tử cổ điển phân bố nguyên tử dạng lèn chặt/xếp chặt lượng liên kết tổ hợp lại so sánh với thành phần thuộc hợp chất, hợp chất bao gồm vật lý tính tốn khoa h c tính tốn mơ máy tính nồng độ ngưng tụ chất rắn tạo thành cách ngưng tụ/cơ đặc từ thể khí hay lỏng điều kiện Sự thay đổi hai cấu hình/cấu trúc phân tử sinh h c linh động protein cấu hình hạn chế, giới hạn mặt khơng gian ảnh hư ng hạn chế mặt khơng gian liên kết đóng góp đóng góp làm lạnh (cooling: làm lạnh) tốc độ làm lạnh t a độ 306 coordination number coordination sphere corner (n) correlation (n) coupling covalent (adj) criterion (n) critical (adj) crossover (n) crystal (n) crystal growth crystalline (adj) crystallization (n) cubic (adj) cutoff radius số phối vị mặt cầu phối vị góc tương quan tương tác với cộng hóa trị tiêu chí tới hạn giao tinh thể phát triển tinh thể từ mầm thuộc tinh thể tinh thể hóa thuộc lập phương bán kính cắt (VD: cutoff radius tương tác, khoảng cách lớn giá trị xem khơng cịn tương tác) D dangling bond defect (n) define (v) demonstrate (v) densification (n) density (n) density functional theory (DFT) density profile determine (v) deviate (v) diagram (n) diameter (n) diffraction (n) diffraction data diffraction pattern diffusion (n) diffusion constant diffusive regime dimension (n) distorted (adj) liên kết thiếu kết nối, dạng treo lòng thòng, đu đưa khuyết tật xác định thể hóa rắn, đơng đặc khối lượng riêng thuyết phiếm hàm mật độ phân bố mật độ d c theo mộ trục hay hướng xác định xác định lệch khỏi giản đồ đường kính nhiễu xạ liệu nhiễu xạ ảnh nhiễu xạ (tia X hay neutron …) khuếch tán hệ số khuếch tán vùng chuyển động mang tính khuếch tán chiều khơng gian (two-dimension: chiều) bị méo mó 307 distorted structure distribution (n) domain (n) double-well interaction potential dynamic (adj) cấu trúc bị méo mó so với cấu trúc lý tư ng phân bố vùng (trong đa tinh thể) tương tác có cực tiểu thuộc động h c E edge (n) elastic constant elasticity (n) electronic structure calculation electronic structure element (n) empirical potential enhanced sampling equation of state equilibrate (v) equilibrium (n) equilibrium liquid estimate (v) evidence (n) evolution (n) exhibit (v) experiment (n) experimental (adj) explore (v) exponent (n) cạnh hệ số đàn hồi đàn hồi tính tốn cấu trúc điện tử cấu trúc điện tử nguyên tố hóa h c tương tác mà hệ số nhận cách fit số liệu thực nghiệm thuật giải nhằm tăng tốc việc tìm kiếm cấu hình khác hệ mơ phương trình trạng thái làm cho đạt trạng thái cân cân chất lỏng cân nhiệt động ( vùng nhiệt độ cao nhiệt độ nóng chảy trạng thái cân nhiệt động) xác định (estimate melting point: xác định nhiệt độ nóng chảy) chứng biến đổi thể thí nghiệm thuộc thực nghiệm phát số mũ (của hàm dạng e mũ x) F face-centered-cubic (fcc) feature (n) fine (adj) fine structure lập phương tâm mặt đặc tính, đặc điểm thuộc tinh tế cấu trúc tinh tế 308 finite (adj) finite temperature first coordination sphere first-order transition first-principles calculation force field flowlike motion fluctuation (n) fluid (n) free boundary condition free surface free thin film free-standing (adj) freeze (v) frustration (n) function (n) funtional (adj) xác định nhiệt độ xác định mặt cầu phối vị thứ (có bán kính vị trí thấp hàm phân bố xuyên tâm sau đỉnh cao đầu tiên) chuyển pha loại I (chuyển pha có nhảy bậc số đại lượng nhiệt động h c) tính tốn dựa vào nguyên lý ban đầu-dựa h c lượng tử ab inito calculation trường lực chuyển động theo dòng thăng giáng chất lỏng, chất lưu biên tự bề mặt tự màng mỏng tự đứng riêng biệt, khơng tựa lên (VD: freestanding thin film) đông cứng hạn chế, cản tr hàm số thuộc hàm số G glass (n) glass formation glass former glass transition temperature glass transition glass-forming liquid glassy (adj) glassy state glassy structural order gradually (adv) thủy tinh, trạng thái giống thủy tinh, trạng thái vô định hình nhận cách làm lạnh nhanh từ trạng thái lỏng hình thành trạng thái thủy tinh (vơ định hình) chất tạo thành trạng thái thủy tinh (vơ định hình) cách làm lạnh nhanh từ trạng thái lỏng nhiệt độ chuyển pha từ lỏng sang vơ định hình chuyển pha từ lỏng sang vơ định hình chất lỏng có khả tạo thành trạng thái thủy tinh (vơ định hình) làm lạnh nhanh thuộc trạng thái thủy tinh hay vơ định hình trạng thái thủy tinh hay trạng thái vơ định hình nhận cách làm lạnh nhanh từ trạng thái lỏng trật tự cấu trúc mang tính vơ định hình cách từ từ (không nhảy bậc) 309 grain boundary graphics processing unit ground state biên vùng (trong đa tinh thể) vi xử lý đồ hoạ, chuyên dụng nhận nhiệm vụ tăng tốc, xử lý đồ hoạ cho vi xử lý trung tâm CPU trạng thái Kelvin H ảnh hư ng tường cứng tường cứng nhiệt nung nóng (heating: nung nóng) bể nhiệt dị thường, không đồng dị thường tạo mầm không đồng đồng cấu trúc dạng tổ ong (gồm đơn vị cấu trúc dạng hình lục giác) honeycutt-Andersen bond pair analysis phân tích cặp liên kết theo kiểu Honeycutt-Andersen hoppinglike motion chuyển động dạng có bước nhảy hard wall effect hard wall heat (n) heat (v) heat bath heterogeneity (n) heterogeneous (adj) heterogeneous nucleation homogeneous (adj) honeycomb structure I icosahedral structure icosahedron (n) identical atoms in accordance with inherent structure initial configuration initial state initiate (v) intensive (adj) interaction (n) interatomic potential interface (n) interfacial region interior (n) investigate (v) cấu trúc tạo nên từ đa giác 20 mặt đa giác 20 mặt (mỗi mặt tam giác đều) đơn vị cấu trúc thường gặp kim loại vơ định hình nguyên tử giống phù hợp với cấu trúc riêng, cấu trúc tự thân T= K cấu hình ban đầu, mơ hình ban đầu dùng mơ trạng thái ban đầu kh i phát cấp tập tương tác tương tác nguyên tử mặt tiếp xúc vùng tiếp giáp loại vật liệu pha vùng bên nghiên cứu 310 ionic (adj) isotropical (adj) thuộc liên kết ion đẳng hướng K kinetics (n) động h c L lattice constant layer (n) layering lifetime (n) ligand limitation (n) line defect linear (adj) liquid (n, adj) liquid-like (adj) liquid-liquid transition LJ-reduced units local (adj) local (n) local environment local order local variation long-lived glassy state long-range order lysozyme số mạng (của tinh thể) lớp (atomic layer: lớp nguyên tử) tượng tách lớp thời gian sống phối tử, hợp chất liên kết với protein hạn chế khuyết tật đường tuyến tính chất lỏng, thuộc chất lỏng giống lỏng chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái lỏng khác, trạng thái lỏng có khối lượng riêng cấu trúc khác đơn vị ước lượng tính theo kiểu Lennard-Jones, đơn vị Lennard-Jones dùng cho hệ đơn giản địa phương, cục định xứ môi trường địa phương (xung quanh nguyên tử) trật tự địa phương, cục biến đổi/thay đổi cục trạng thái vơ định hình bền với thời gian trật tự xa (trong tinh thể) Chất có nước mắt, nước mũi, nước b t M many-body potential material (n) matter (n) MD time step tương tác nhiều hạt (pair potential: tương tác cặp) vật liệu chất bước thời gian phương pháp MD (thường fs) 311 mean (adj) mean coordination number mean-square displacement (MSD) mechanics (n) mechanism (n) medium-range order melt (v) melting (n) melting heat melting point metal (n) metallic (adj) metallic glass metalloid (adj) metastable (adj) method (n) microphase (n) microscopic (adj) microstructure (n) mixture (n) mobility (n) model (n) molecular (adj) molecular docking molecular dynamics monatomic (adj) monocrystal (n) monolayer (n) multicomponent system trung bình số phối vị trung bình trung bình bình phương độ dịch chuyển h c chế trật tự trung bình (giữa xa gần) tương tự intermediate-range order làm nóng chảy, trạng thái nóng chảy nóng chảy nhiệt nóng chảy nhiệt độ nóng chảy kim loại thuộc kim loại thủy tinh kim loại, kim loại vơ định hình nhận cách làm lạnh từ trạng thái lỏng thuộc kim giả bền phương pháp pha vi mô thuộc vi mô cấu trúc vi mô hợp chất, hỗn hợp độ linh động mơ hình (modeling mơ hình hóa) thuộc phân tử Phương pháp mơ hình hố cấu hình liên kết protein phối tử cấp độ phân tử động lực h c phân tử đơn nguyên tử đơn tinh thể lớp đơn (atomic monolayer: lớp đơn nguyên tử) hệ thống có nhiều l nguyên tử N native state nanoparticle (n) trạng thá tự nhiên phân tử sinh h c, hay dùng để mô tả cấu hình protein trạng thái hoạt động chức hạt nano 312 nanoribbon (n) nature (n) near substrate region nearest neighbor atom nearest neighbor network-forming glass neutron scattering data non-crystalline (adj) non-local (n) non-reactive potential normalization condition nucleation (n) nuclei magnetic resonance neutron spin echo ruy băng có độ rộng nm tự nhiên, chất tự nhiên vùng gần đế nguyên tử lân cận gần nguyên tử cho phạm vi mặt cầu phối vị thứ I lân cận gần phạm vi mặt cầu phối vị thứ I chất vơ định hình có cấu trúc dạng mạng lưới liên kết đơn vị cấu trúc (VD: SiO2 vơ định hình) liệu tán xạ neutron phi tinh thể, thuộc phân bố nguyên tử khơng có trật tự tinh thể bất định xứ, không cục tương tác không gây phản ứng hóa h c điều kiện chuẩn hóa tạo mầm phương pháp cộng hư ng từ hạt nhân, giúp quan sát cấu trúc động h c phân tử sinh h c, có protein phương pháp thực nghiệm tán xạ neutron phi đàn hồi, ứng dụng quan sát động h c protein O obtain (v) one-component model orbital (n) order (n) origin (n) overcoordinated atom oxidation (n) đạt được, nhận mơ hình loại ngun tử vân đạo trật tự nguồn gốc nguyên tử có số phối vị lớn mức bình thường oxy hóa P pair (n) pair interatomic potential pair correlation function parameter (n) parallel computation cặp tương tác cặp hàm tương quan cặp hệ số tính tốn song song, phối hợp lúc nhiều vi xử 313 partial structure factor pentagon (n) perfect crystal periodic (adj) periodic boundary condition periodic calculations periodicity (n) phase (n) phase transition physical behavior plain wave plateau region point defect position restraint polycrystal (n) polyhedron (n) polymorphism (n) polynomial (adj) potential (n) potential-energy minima power law predict (v) prediction (n) preparation (n) pressure (n) pressure-volume relationship pristine (adj) procedure (n) process (n) property (n) protein folding pseudopotential approximation pure (adj) qualitative (adj) lý với để tính toán nhanh so với sử dụng vi xử lý hệ số cấu trúc riêng phần (cho hệ nhiều loại nguyên tử) đa giác cạnh tinh thể hoàn hảo tuần hoàn (periodicity: tuần hoàn) điều kiện biên tuần hồn tính tốn (cấu trúc điện tử) tuần hồn tính tuần hồn pha (lỏng, khí …) chuyển pha tính chất vật lý sóng phẳng vùng nằm ngang (trong chuyển động nguyên tử) khuyết tật điểm Phương pháp giới hạn chuyển động nguyên tử protein, thường dùng q trình chuẩn bị hệ mơ đa tinh thể đa diện (số nhiều polyhedra) đa thù hình, có nhiều trạng thái thuộc đa thức tương tác, cực tiểu tương tác định luật hàm mũ dự đoán tiên đoán chuẩn bị mẫu, sản xuất mẫu áp suất mối liên hệ thể tích-áp suất nguyên thủy quy trình q trình tính chất q trình cuộn protein từ trạng thái trật tự sang trạng thái tự nhiên phép gần giả tinh khiết thuộc chất 314 quantitative (adj) quantumn mechanics (n) quartic (adj) quasicrystal (n) quench (v) quenching thuộc lượng h c lượng tử thuộc bậc (quartic term số hạng lũy thừa bậc 4) giả tinh thể với cấu trúc có trật tự, có đối xứng bậc khơng có tính tuần hồn phân bố ngun tử làm lạnh làm lạnh R radial distribution function reactive potential rearangement (n) ReaxFF potential reduce (v) relatively (adv) relaxation dynamics relaxation process relaxation time relevant (adj) repulsive (adj) reverse Monte-Carlo method ring (n) ring size distribution root mean square deviation root mean square fluctuation rough (adj) hàm phân bố xuyên tâm tương tác gây phản ứng hóa h c xếp lại tương tác cho khả tạo liên kết hóa h c (hay đứt liên kết) giảm, làm giảm tương đối động lực h c hồi phục, tự vận động nguyên tử hướng đến trạng thái cân tương tác qua lại nguyên tử trình hồi phục (sự vận động nguyên tử để hệ hướng đến trạng thái cân bằng) thời gian hồi phục phù hợp với thuộc đẩy (repulsive term phần thể tương tác đẩy tương tác) phương pháp Monte-Carlo đảo vòng (cấu trúc) phân bố vòng cấu trúc theo kích thước độ lệch quân phương độ thăng giáng quân phương, thường sử dụng để quan sát linh động amino acid trình mô MD gồ ghề S sample (n) saturate (v) mẫu vật làm bảo hòa 315 scale (n) scattering second-order transition self-assembly self-diffusion semiconductor (n) semi-emperical (n) separate (v) shape (n) sharp (adj) sharp peak short-range order side chain simple (adj) simple liquid simple system simulation (n) simulation box simulation cell simultaneously (adv) size mismatch slope (n) smooth (adj) solid (n, adj) solidification (n) solid-like (adj) space (n) space dependence spatial (adj) spatio-temporal arrangement specific heat spontaneous (adj) square stabilization (n) kích cỡ tán xạ chuyển pha loại II chuyển pha từ sắt từ sang thuận từ (khơng có nhảy bậc đại lượng nhiệt động h c) tự tổ hợp hệ số tự khuếch tán chất bán dẫn bán thực nghiệm tách hình dạng nh n, sắc đỉnh nh n, đỉnh cao vút trật tự gần (trong chất lỏng hay vơ định hình) hánh phụ protein, không bao gồm nguyên tử cấu tạo nên mạch protein đơn giản chất lỏng đơn giản hệ đơn giản (hệ có tương tác đơn giản hệ Lennard-Jones), nguyên tử chất điểm cấu trúc điện tử mơ hộp mơ phỏng, mơ hình mơ mơ hình/vùng khơng gian nơi thực tính tốn/mơ tức khơng khớp kích thước độ nghiêng trơn chất rắn, thuộc chất rắn tượng hóa rắn (đơng đặc) giống rắn không gian phụ thuộc vào không gian thuộc không gian phân bố không gian theo thời gian nhiệt dung riêng tự phát bình phương ổn định 316 stable (adj) starting point state (n) static (adj) static structure factor statistics (n) structural (adj) structural fluctuation structure (n) structure factor substrate (n) sudden change supercooled liquid supercomputer supported thin film suppress (v) surface region synthesis (n) system (n) systematic (adj) bền vững điểm kh i đầu trạng thái thuộc tĩnh h c hệ số cấu trúc tĩnh thống kê (statistical thuộc thống kê) thuộc cấu trúc thăng giáng cấu trúc cấu trúc hệ số cấu trúc đế (khi chế tạo màng mỏng đế kim loại thường dùng: phủ lớp màng mỏng lên đế cứng) thay đổi đột ngột (dạng chuyển pha bậc I) chất lỏng làm lạnh cực nhanh (thuộc vùng nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ thủy tinh hóa) siêu máy tính màng mỏng phủ đế cứng hạn chế trình vùng bề mặt tổng hợp, chế tạo hệ thống có hệ thống T temorary trapping temperature (n) temperature dependence temperature-dependent (adj) tetrahedral network thermal (adj) thermal conducivity thermal expansion coefficient thermodynamical (adj) thermodynamics (n) thermostat (n) thin film three-body term three-dimensional (adj) three-dimensional system kiềm giữ tạm thời (b i nguyên tử lân cận) nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ phụ thuộc nhiệt độ lưới tứ diện thuộc nhiệt độ dẫn nhiệt hệ số dãn n nhiệt thuộc nhiệt động lực h c nhiệt động lực h c bể nhiệt, nguồn nhiệt màng mỏng phần tương tác hạt tương tác thuộc chiều (3D) hệ chiều (3D) 317 time dependence time step time-temperature-transformation curve topological ordering total energy trajectory transformation (n) transformation time transition (n) transport mechanism triangle (n) triangle lattice two-body term two-dimensional (adj) phụ thuộc vào thời gian bước thời gian giản đồ TTT hay giản đồ phụ thuộc chuyển pha theo thời gian nhiệt độ trình tinh thể hóa trạng thái vơ định hình lỏng làm lạnh nhanh trật tự mang tính topo (phân bố liên quan đến kích thước, dạng hình h c ngun tử) lượng toàn phần (bao gồm động năng) quỹ đạo mô phỏng, tập hợp cấu hình hệ thu q trình mơ chuyển đổi, chuyển pha thời gian chuyển pha chuyển đổi chế chuyển động/vận động tam giác lưới mà ô tam giác phần tương tác cặp tương tác thuộc chiều (2D) U undercoordinated atom unrelaxed model nguyên tử có số phối vị nhỏ mức bình thường mơ hình khơng có hồi phục (chưa cân nhiệt động cách hồi phục lâu nhiệt độ xác định) V vacancy (n) vacancy formation energy value (n) vapor deposition variational method vary (v) vibrational spectrum viscosity (n) visualization (n) vitrify (v) khuyết tật dạng (thiếu) 01 nguyên tử lượng tạo thành vacancy giá trị kết tụ từ thể (khí) phương pháp biến phân thay đổi, biến đổi phổ dao động độ nhớt thể trực quan tạo trạng thái vơ định hình từ trạng thái lỏng (glass formation) 318 W well-relaxed model mơ hình hồi phục tốt nhiệt độ xác định để đạt trạng thái cân ... BIÊN DÙNG TRONG MÔ PHỎNG VẬT LIỆU KHỐI, VẬT LIỆU CĨ KÍCH THƯỚC NANO VÀ VẬT LIỆU CHIỀU (2D) 139 5.2 MÔ PHỎNG VẬT LIỆU KHỐI 142 5.2.1 Khái quát 142 5.2.2 Mô vật liệu... 5.2.3 Mô kim loại hợp kim 160 5.3 MÔ PHỎNG MÀNG MỎNG, HẠT NANO 174 5.4 MÔ PHỎNG VẬT LIỆU MỘT LỚP NGUYÊN TỬ (VẬT LIỆU HAI CHIỀU) 177 5.4.1 Mô graphene 178 5.4.2 Mô silicene... tượng thực nghiên cứu Vật lý phương pháp mô Trong phạm vi sách, giới hạn đến số vấn đề lĩnh vực Vật lý vật liệu tính tốn, Vật lý nano tính tốn, Vật lý thống kê tính tốn, Vật lý protein Cần lưu