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 fiziari istra~uju prirodu u laboratorijima putem mjerenja fizikalnih veliina. Teorijski fiziari formuliraju i rjeaavaju matematike modele fizikalnih pojava. U suvremenoj fizici se javlja joa jedna metoda: kompjutorske simulacije.<p> Kao i u teorijskoj fizici, simulacije polaze od matematikih modela, ali su kompjutorske metode mnogo univerzalnije. Kao i u eksperimentalnoj fizici, u simulacijama radimo sa "~ivim" stvarima i mo~emo oekivati apsolutno nove rezultate. Kompjutorski program nam odgovara na razliite ulazne podatke kao ato prirodni sustav odgovara na razliite uvjete. Zato se nekad simulacije zovu i kompjutorski eksperimenti. <p> Vrlo va~no podruje primjene raunala u fizici su kompjutorske simulacije materijala. Materijali su: metali, poluvodii, supravodii, organski i bioloaki materijali... Razvoj znanosti o materijalima je osnova suvremenih tehnologija i omoguava razvoj civilizacije. Znamo da smo povijest uili kao kameno doba, bronano 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 raunala daje mnogo novih rezultata u podruju kompjutorskih simulacija materijala. Ali znanost o materijalima to vraa raunalima. Kao i sve drugo i raunala pravimo od materijala ! Npr. tranzistore su otkrili fiziari J. Bardeen, W. H. Brattain i W. Schokley. To je bilo u Bell Labs, USA, 1947. (Znate li da su fiziari napravili prve kompjutore, internet i napisali mnoge va~ne raunalne programe ? <a href="mp2c.html"> itajte o tome !</a>) Tranzistori su omoguili prvo znaajnije smanjivanje dimenzija raunala, a danas ? Neki od ipova koji se danas proizvode za raunala imaju i viae od 300 milijuna tranzistora. Vrlo male dimenzije daju fiziarima nova podruja istra~ivanja: osobine materijala na nanoskalama duljina i nanotehnologije. Za takve probleme kompjutorske simulacije su vrlo znaajne. <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 kubinu 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 ~liica kojom stavljate aeer u aj (koja je isto tako od metala) u vrstom stanju i na temperaturi vrlo vrueg aja ? Razliita 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 nain 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> Oekivani 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 (raunalni 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 uenike: <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 sveuiliata 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 raunalnim 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-dinamika 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 raunalima, 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 raunalima, istra~ivaka galerija Amerikog 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~ivaki 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, Sveuiliate 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>