1.7 Phần mềm được sử dụng mô phỏng
Các gói phần mềm chính được sử dụng trong nghiên cứu này.
1.7.1 Phần mềm Quantum espresso (QE)
Quantum ESPRESSO (QE) là bộ phần mềm mã nguồn mở cho tính toán cấu trúc điện tử, mô phỏng và tối ưu hóa vật liệu ở cấp độ nano, là phần mềm tích hợp cho mô phỏng nguyên lý đầu sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), thiết lập sóng phẳng và giả ngẫu nhiên (Pseudopotentials - PP). [129], [130].
QE là một phần mềm mã hoá các phương trình vật lý của DFT thành các thuật toán mà máy tính có thể hiểu được (thường viết bởi ngôn ngữ Fortran). Nó là một trong những phần mềm nổi tiếng trong lĩnh vực này. Trong luận án, phần mềm QE được sử dụng để xác định các thuộc tính của PbTiO3 ở cấu trúc khối bằng tính toán nguyên lý đầu. Theo thống kê của Google Scholar thì năm 2019 có hơn 8000 bài báo sử dụng QE, và bài báo gốc của QE có hơn 10000 lượt trích dẫn. Tác giả cũng có hơn 1 bài báo sử dụng phần mềm này. Sơ đồ mô tả nguyên lý tính toán sử dụng phương pháp nguyên lý đầu được trình bày trên hình 1.24.
O Ti Pb P aT cT aT z x y
` 36
Hình 1.24. Sơ đồ khối mô tả phương pháp mô phỏng bằng tính toán Nguyên lý đầu.
1.7.2 Phần mềm General Utility Lattice Program (GULP)
General Utility Lattice Program(GULP) là một bộ phần mềm mã nguồn mở mạnh mẽ cho mô phỏng nguyên tử. Nó có thể tính toán một loạt các mô hình điện tích lớn, thực hiện giảm thiểu năng lượng, tối ưu hóa hình học, mô phỏng động lực học phân tử (Molecular dynamics - MD) [131] và động lực học mạng tinh thể (Lattice dynamic) [132], [133].
GULP là một chương trình thực hiện một loạt các loại mô phỏng trên vật liệu sử dụng điều kiện biên của 0D (các phân tử và cụm), 1D (polymer), 2D (bề mặt, tấm và ranh giới hạt), hoặc 3D (các chất rắn chu kỳ). Trọng tâm là các giải pháp phân tích, thông qua việc sử dụng các động lực học mạng. Một loạt các trường lực có thể được sử dụng trong GULP bao gồm mô hình vỏ - lõi cho các vật liệu ion, cơ học phân tử cho các hệ thống hữu cơ, mô hình nguyên tử nhúng cho kim loại và thế năng REBO phản ứng cho hydrocarbons.
Trong luận án, phần mềm GULP được sử dụng chủ yếu để tối ưu hóa cấu trúc mô hình vỏ - lõi cho các khảo sát của về vật liệu sắt điện PbTiO3 ở kích thước nano mét.