ÿþ<html> <head> <title>E-skola fizike: kompjutorske simulacije materijala</title> <meta name="description" content="high school physics projects and computer simulations, materials"> <meta name ="keywords" content="condensed matter physics nanostructures computer simulations materials science physics teachning computational physics"> <meta name ="author" content ="goranka bilalbegovic"> <meta name ="robots" content ="index,follow"> <LINK REL="stylesheet" TYPE="text/css" HREF="style.css"> </head> <BODY text="#000000" link="#0000FF" bgcolor="#FFFFFF" alink="red" vlink="#8000FF"> <center> <TABLE BORDER="0" width="70%"> <TR> <TD> <table width=600 cellspacing=0 cellpadding=0 border=0> <tr><td> <img width=30 height=70 src="proc1.gif" border=0><img width=570 height=70 src="nas-mp5.gif" border=0> <img width=600 height=20 src="proc3.gif" border=0> </td></tr> <tr><td> &nbsp;<p> <LI><B><FONT FACE="arial"><FONT COLOR="#FF0000" size=4> Motivacija&nbsp;</FONT></FONT></B></LI> <p> <FONT FACE="ARIAL" size=2> Krajem proalog stoljea javlja se izrazitija podjela fizike na eksperimentalnu i teorijsku. Eksperimentalni fizi ari istra~uju prirodu u laboratorijima putem mjerenja fizikalnih veli ina. Teorijski fizi ari formuliraju i rjeaavaju matemati ke modele fizikalnih pojava. U suvremenoj fizici se javlja joa jedna metoda: kompjutorske simulacije.<p> Kao i u teorijskoj fizici, simulacije polaze od matemati kih modela, ali su kompjutorske metode mnogo univerzalnije. Kao i u eksperimentalnoj fizici, u simulacijama radimo sa "~ivim" stvarima i mo~emo o ekivati apsolutno nove rezultate. Kompjutorski program nam odgovara na razli ite ulazne podatke kao ato prirodni sustav odgovara na razli ite uvjete. Zato se nekad simulacije zovu i kompjutorski eksperimenti. <p> Vrlo va~no podru je primjene ra unala u fizici su kompjutorske simulacije materijala. Materijali su: metali, poluvodi i, supravodi i, organski i bioloaki materijali... Razvoj znanosti o materijalima je osnova suvremenih tehnologija i omoguava razvoj civilizacije. Znamo da smo povijest u ili kao kameno doba, bron ano doba... Danas koristimo mnogo novih materijala koje znanstvenici prave u laboratorijima. U kompjutorskim eksperimentima mo~emo istra~ivati materijale na skalama duljina, vremena i pod uvjetima koji nisu dostupni suvremenim laboratorijskim eksperimentima.<p> Razvoj ra unala daje mnogo novih rezultata u podru ju kompjutorskih simulacija materijala. Ali znanost o materijalima to vraa ra unalima. Kao i sve drugo i ra unala pravimo od materijala ! Npr. tranzistore su otkrili fizi ari J. Bardeen, W. H. Brattain i W. Schokley. To je bilo u Bell Labs, USA, 1947. (Znate li da su fizi ari napravili prve kompjutore, internet i napisali mnoge va~ne ra unalne programe ? <a href="mp2c.html"> itajte o tome !</a>) Tranzistori su omoguili prvo zna ajnije smanjivanje dimenzija ra unala, a danas ? Neki od ipova koji se danas proizvode za ra unala imaju i viae od 300 milijuna tranzistora. Vrlo male dimenzije daju fizi arima nova podru ja istra~ivanja: osobine materijala na nanoskalama duljina i nanotehnologije. Za takve probleme kompjutorske simulacije su vrlo zna ajne. <p> <table><tr><td> <img src="albulk.gif" align=left width=199 height=190> <p><br> <cite><font size=2>Slika prikazuje kristal metala aluminija koji je potpuno uredjen na vrlo niskoj temperaturi. Kuglice modeliraju atome aluminija. Aluminij ima <a href="zad1.html">ploano centriranu kubi nu resetku</a>. </cite> </td></tr></table> &nbsp;<p> <LI><B><FONT FACE="arial"><FONT COLOR="#FF0000" size=4> Problem</FONT></FONT></B></LI> <P> <FONT FACE="arial"> <a href="http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Hg/key.html"> }iva (Hg) </a> je metal. Razmialjate li nekad zaato je ~iva u termometru kojim mjerite <a href="http://unidata.ucar.edu/staff/blynds/tmp.html"> temperaturu</a> kad imate gripu tekuina ? A zaato je ~li ica kojom stavljate aeer u aj (koja je isto tako od metala) u vrstom stanju i na temperaturi vrlo vrueg aja ? Razli ita struktura atoma kemijskih elemenata uvjetuje razlike u fizikalnim i kemijskim osobinama materijala. Prijelaz iz vrstog stanja u stanje tekuine zove se taljenje i jedna je od pojava s kojom se ovjek susreo u prvim danima svog razvoja. Bez obzira na to, suvremena znanost joa nije objasnila sve karakteristike procesa taljenja. Laboratorijske eksperimentalne metode ne mogu pratiti taj proces na razini gibanja atoma. Kompjutorske simulacije daju nam novi na in istra~ivanja prijelaza iz vrste faze u tekuu fazu, ili kako to joa zovemo, faznog prijelaza taljenja.  </FONT> <BR> <table><tr><td> <img src="Al2000e.gif" align=left width=250 height=250> <br> <cite><font size=2><a href="mala_md.html"> Simulacija </a> taljenja <a href="http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Al/key.html"> aluminija (Al)</a><br> Slika prikazuje tekui aluminij na T=2000 K. </cite> </td></tr></table> <LI><B><FONT FACE="arial"><FONT COLOR="#FF0000" size=4> O ekivani rezultati</FONT></FONT></B></LI> <p> <FONT FACE="arial"> <cite>Kristali</cite> <br> <a href="zad1.html">Zadatak 1: Virtualni kristali: animacija i vizualizacija </a><br> <a href="zad2.html">Zadatak 2: Lindemanov kriterij taljenja</a><br> <cite>Simulacije</cite> <br> <a href="zad3.html">Zadatak 3: Kompjutorska simulacija gibanja</a><br> <a href="zad4.html">Zadatak 4: Sudari kuglica (ra unalni biljar)</a><br>  <br> <LI><B><FONT FACE="arial"><FONT COLOR="#FF0000" size=4> Cilj</FONT></FONT></B></LI><p> <FONT FACE="arial">Razvoj spoznaja o kompjutorskim simulacijama, znanosti o materijalima, fizici vrstog stanja, faznim prijelazima i nanotehnologijama <p></FONT><br> <br> <LI><B><FONT FACE="arial"><FONT COLOR="#FF0000" size=4> Literatura</FONT></FONT></B></LI><p> 1) Svijet materijala za u enike: <a href="http://www.lbl.gov:80/MicroWorlds/module_index.html"> Exploring the Material World, Lawrence Berkley National Lab, USA. </a><br> 2) Upoznajte studenta fizike sa sveu iliata MIT, Boston <a href="http://www.lbl.gov:80/MicroWorlds/student"> Noah Bray-Ali, </a> koji je proveo svoje praznike radei sa znanstvenicima u Lawrence Berkley Labu. <br> 3) Upoznajte se sa ra unalnim simulacijama koje su zadnjih godina studenti fizike, kemije, biologije, tehnike i medicine radili tijekom svojih praznika kao gosti na <a href="http://www.msi.umn.edu/general/Programs/uip/uip.html"> Supercomputing Institute, University of Minnesota, USA. </a><br> 4) Istra~ite nanosvijet: <a href="http://www.mrsec.wisc.edu/edetc/index.html"> Exploring the Nanoworld.</a> <br> 5) Nanotehnologija: <a href="http://nanogloss.com"> The Online Dictionary of Nanotechnology.</a><br> 6) Molekularno-dinami ka simulacija, IBM Almaden Research Center, USA, <a href=http://www.almaden.ibm.com/vis/mol_dyn/mol_dyn.html> Visualization Lab. </a><br> 7) Primjeri istra~ivanja materijala na ra unalima, CalTech University, USA, A DOE ASCI /ASAP Center of excellence, <a href="http://www.cacr.caltech.edu/ASAP"> Center for simulation of dynamic response of materials.</a> <br> 8) Fizika na ra unalima, istra~iva ka galerija Ameri kog fizikalnog druatva: <a href=http://www.aps.org/DCOMP/research/research.htm> Computational Physics Research Gallery. </a><br> 9) Materijali su va~ni za gospodarstvo: <a href="http://www.ameritherm.com/overview_melting.html"> Melting Overview (O taljenju),</a> WWW stranice firme Ameritherm Inc, Rochester, New York, USA, koja se bavi preradom metala.<br> 10) NMRC - najvei istra~iva ki centar u Irskoj, program Informacijske i Komunikacijske Tehnologije, Nanotehnologije i Biotehnologije: <a href="http://www.nmrc.ie/research/computational-modelling-group/projects.html">Computational Modelling Group.</a> <br> <font size=-1> <HR WIDTH="100%"> <BR><B><FONT FACE="arial"><FONT COLOR="#FF0000">MENTOR:</FONT> Dr. Goranka Bilalbegovi, Odsjek za Fiziku, Filozofski Fakultet, Sveu iliate u Rijeci; e-mail: <A HREF="mailto:goranka@phy.hr">goranka@phy.hr</A> </FONT></B> </FONT></B></UL> <table align="center" border="0"> <tr> <td align="center"> <font size="-2" face="Helvetica, Arial"> </font> </td> </tr></table> </TD> </TR> </TABLE> </TD> </TR> </TABLE> </center> </BODY> </HTML>