Modelling and simulations of nanostructures

Abstract

Напредак савремених технологија захтева фундаментално разумевање везе између структуре и својстава нових материјала. Методе прорачуна и симулације показале су се као моћно средство у испитивању ових веза, омогућавајући анализу система различитих нивоа сложености, на различитим просторним и временским скалама, са жељеним саставом и без икаквог ризика од контаминације. Штавише, константно повећање рачунарских ресурса омогућило је примену неких од најнапреднијих метода прорачуна на скали која превазилази суб-нанометарску (мали молекули и кластери атома), која се обично сматра границом за ab initio прорачуне. Иако се тачност таквих израчунавања приближава грешкама експеримента, овај приступ такође омогућава (теоријску) претрагу великог броја система, што није експериментално изводљиво, као и разумевање општих трендова који су од великог значаја, како за теоретичаре тако и за експериментаторе. Овo поглавље приказује искуства аутора у моделирању и симулацијама система нанометарских димензија различите сложености, укључујући оксиде метала, метале, угљеничне материјале, молекулске мреже и сложене каталитичке системе.

Advancements in contemporary technologies require deep understanding of the link between the structure and properties of novel materials. Computational methods have been proven as a powerful tool in that quest, allowing investigation of systems of various complexity and at different spatial and temporal scales, with a desired composition and without any risk of contamination. Moreover, constant increase of computational power allowed the application of some of the most advanced computational methods at the scales which overcome sub-nanometers (small molecules and clusters of atoms), usually considered as a limit for first principles calculations. While the accuracy of such calculations reaches the experimental one, this approach also allows for the screening of a large number of systems, which is not experimentally feasible, and also the understanding of general trends which is of great importance for both theoreticians and experimentalists. This text will cover author’s recent experiences in modelling and simulation of nanoscale systems of different complexity, including metal oxides, metals, carbon materials, molecular networks and complex catalytic systems.