شبیه سازی های کوانتومی به منظور طراحی مواد قابل اعتماد است

فیزکدانان دانشگاه رویال هالووی لندن به عنوان جزئی از یک تیم بین المللی که سعی داشتند نشان دهند که محاسبات کامپیوتری در علوم قابل اعتماد است توانستند این مسأله را ثابت کنند.

این یافته ها در زمان حاضر بسیار حیاطی است زیرا تغییرات تکنولوژیک همراه با تقاضا برای مواد جدید برای ساخت باطری های بهتر برای دستگاه های موبایل و کاتالیست ها رو به فزونی است. شبیه سازی کامپیوتری در ابعاد اتمی نقش بسیار مهمی در این طراحی ها ایفا می کند.

این تیم بین المللی این سوال را مطرح کردند: چقدر این شبیه سازی ها قابل اعتماد است؟ اگر ما میخواهیم به پیشرفت های تکنولوژیک که مورد انتظار ماست دست پیدا کنیم میبایست مطمئن شویم که محققان و مهندسان سراسر دنیا می توانند روی بدست آوردن نتایج مشابه حساب کنند. این بازتولیدپذیری یک سنگ بنای علمی است: آزمایشات یکسان مستقل می بایست نتایج یکسان بدست دهند. فقط ازاین طریق علم می تواند “قوانین” را تمییز دهد، که منجر به بینش جدید و تکنولوژی جدید می شود. اگرچه تحقیقات اخیر زیادی خاطر نشان کرده است که این بازتولیدپذیری را نمی توان تضمین کرد.

در سال های اخیر زنگ خطر جدی در جوامع علمی در حال شنیدن است که بعضی از نتایج را نمی توان بازتولید کرد. حتی پیش بینی های فیزیک یکسان ناشی از بسته های نرم افزاری مختلف (“کدهای کامپیوتری”) نیازمند احتیاط است، زیرا راهی نظریه های مدل در آنها مورد استفاده قرار میگیرد ممکن است بر نتایج شبیه سازی تأثیر گذار باشد.

به عنوان مثال برای مطالعه و طراحی مواد، بسته های نرم افزاری مستقل زیادی مبتنی فیزیک کوانتوم در دسترس است. به عنوان نمونه بسته شبیه سازی مواد “CASTEP” به طور مشترک توسط محققان دانشگاه های رویال هالووی، آکسفورد، کمبریج، دروهام و یورک توسعه یافته است. کدهای که در CASTEP مورد استفاده قرار میگیرد اغلب به صورت اتوماتیک با کمترین نظارت انسانی مورد استفاده قرار میگیرند. بنابراین ضروری است که به این مسأله توجه کنیم که آیا خواص پیش بینی شده مواد به کد محاسباتی که مورد استفاده قرار می دهیم بستگی دارد یا خیر.

فارغ از نیاز به پیش بینی های قابل اعتماد از ویژگی های مواد، بازتولیدپذیری شبیه سازی های کامپیوتری قبلا به صورت سیستماتیک مورد مطالعه قرار نگرفته بود. برای بررسی این موضوع محققان دپارتمان فیزیک رویال هالووی به همراه 60 محقق از سراسر بریتانیا و جهان گرد هم آمدند.

در مطالعه آنها که در مجله ساینس به چاپ رسیده است، محققین 40 بسته نرم افزاری مختلف را مورد بررسی قرار دادند تا تأثیر فشار را در 71 بلور متفاوت را توصیف کنند.

این تیم بین المللی به صورت آنلاین به بحث و تبادل نظر در این زمینه می پرداختند و در نهایت نشان دادند، اگر چه برخی روش های قدیمی اختلافات قابل ملاحضه ای داشتند، پیش بینی های کد های اخیر تقریبا یکسان هستند. آنها علاوه بر این یک محک کیفی تعریف کردند که اجازه می دهد توسعه های نرم افزاری آِنده را با پایگاه داده گسترده آنها مقایسه کرد. داده های جدید به صورت پیوسته اضافه می شوند و در این وب سایت برای استفاده عموم قرار داده می شود. محققان امیدوارند این کار منجر به استاندارد های بالاتی برای شبیه سازی ویژگی های مواد منجر شود و همچنین توسعه کدها و روش های شبیه سازی بهبود یافته را تسهیل بخشد.

اطلاعات بیشتر:

K. Lejaeghere et al. Reproducibility in density functional theory calculations of solids, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aad3000

[otw_shortcode_button href=”http://www.comphys.ir/wp-content/uploads/2016/09/Reproducibility_in_density_functional-theory_calculations_of_solids.pdf” size=”medium” icon_position=”left” shape=”square” target=”_blank”]دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF[/otw_shortcode_button]

 


بنده دانشجوی دکترای فیزیک ماده چگال از دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم. حوزه مورد علاقه من فیزیک محاسباتی (به طور خاص نظریه تابعیت چگالی) و همچنین سیستم های توپولوژیک است.


There are no comments yet

  • سلام , مهمان
  • خروج
  • ورود

    Or use one of these social networks

This site is protected by wp-copyrightpro.com