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물리학9

밀도범함수이론(Density Functional Theory) 상세 설명 밀도범함수이론(Density Functional Theory, DFT)은 물리학, 화학 및 재료 과학에서 주로 사용되는 계산 방법론으로, Many-body system, 특히 원자, 분자, 응집물질계(Condensed matter, 일반적으로 고체형 재료를 생각하면 된다)의 전자 구조를 계산하기 위해 사용한다. 여기서 범함수(Functional)란 다른 함수를 변수로 받는 함수를 말하는데, 밀도범함수이론의 경우 공간적으로 독립된 전자의 밀도의 범함수를 사용한다. 이 밀도범함수이론은 응집물질물리학, 계산물리학, 계산화학에서 가장 널리 쓰이고 범용적인 방법론이라 할 수 있다. 밀도범함수이론의 이론적 근간은 재료의 전자 구조에 대한 Thomas-Fermi 모델이다. 1960년대, Walter Kohn과 Pie.. 2022. 7. 5.
분자동역학의 응용 분야 및 한계 저번 포스팅에서는 Classical Force Field를 이용한 분자동역학에 대해 알아보았다. Classical Force Field는 재료를 구성하고 있는 각 원자에 대해, 그 원자와 그 주변에 있는 원자들의 상호작용을 통해 재료의 에너지를 계산한다. 그리고 이 에너지를 통해 재료에 걸리는 힘과 가속도를 계산하여 시간 경과에 따른 재료의 움직임을 구하게 된다. 그렇다면 이러한 시뮬레이션은 어떻게 응용할 수 있을까? 첫 번째 응용 방법은 실제로 관측에 시간이 걸리는 특성이나 현상을 시뮬레이션하는 것이다. 예를 들어 재료에 생기는 균열(Crack)이 어떤 과정을 거쳐 커지는지, 혹은 재료가 액체에서 고체로 변하는 과정에서 재료 내부의 Neucli가 어떻게 커지는지, 재료의 상변화 과정은 어떻게 일어나는지.. 2022. 6. 18.
분자동역학 소개 제일원리 계산은 유용한 도구이고 실제로 많은 분야에 사용되고 있기는 하지만, 계산할 수 있는 재료의 크기 및 시뮬레이션 시간이 제한적이라는 한계가 있다. 이는 제일원리 계산량이 재료에 포함된 전자 수의 세제곱에 비례하여 증가하기 때문이다. 때문에, 제일원리 계산을 통해서는 실제 디바이스 크기의 시뮬레이션이나 장시간의 시뮬레이션은 불가능하다. 이를 해결하기 위한 대안이 바로 분자동역학(Molecular dynamics)이다. 사실 엄밀히 말하면, 제일원리 계산과 분자동역학은 같은 범주에 들어가는 방법은 아니다. 즉, 제일원리 계산을 쓰거나 분자동역학 계산을 쓰거나 선택해야 하는 것이 아니라는 의미이다. 실제로, 제일원리 계산을 이용하여 분자동역학 계산을 수행하기도 한다. 제일원리 계산을 통해 일정 시간의 .. 2022. 6. 17.
제일원리 계산 알고리즘, 응용 및 한계 우리는 저번 포스팅에서 재료 시뮬레이션에서 중요한 역할을 한 제일원리 계산에 대해 알아보았다. 제일원리 계산은 슈뢰딩거 방정식을 통해, 재료의 전자 구조를 계산하여 이를 바탕으로 재료의 특성을 예측할 수 있다. 하지만, 전자가 두 개 이상인 시스템에 대한(우리가 실제로 관심이 있는 재료에 대한) 슈뢰딩거 방정식은 일반적인 방법으로는 풀 수 없다. 이는 두 개 이상의 전자가 존재할 경우 전자 간 상호작용 때문에 정확한 해를 얻을 수 없기 때문이다. 하지만 우리로서는 다행스럽게도, 일반적으로는 풀 수 없는 슈뢰딩거 방정식을 풀기 위한 근사인 밀도 범함수 이론이 이미 개발되어 있다. 따라서, 우리는 근사를 사용하는 데서 오는 약간의 오차를 감안하고 이 밀도 범함수 이론을 이용하여 재료 시뮬레이션을 수행한다. .. 2022. 6. 16.

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