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계산 재료과학

재료의 계산 기법과 보통 다룰 수 있는 공간·시간 규모의 조합으로 가장 적절한 것은 무엇인가?

  1. A밀도 범함수 이론(DFT) 계산으로 수백만 개의 원자를 전자 상태까지 포함하여 수 마이크로초에 걸쳐 추적한다
  2. B유한 요소법으로 개개 원자의 진동을 펨토초 간격으로 추적한다
  3. C고전적인 분자 동역학법으로 수천~수백만 개의 원자를 나노초 정도의 시간에 걸쳐 추적한다
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정답: C. 고전적인 분자 동역학법으로 수천~수백만 개의 원자를 나노초 정도의 시간에 걸쳐 추적한다

계산 기법은 다룰 수 있는 규모에 따라 구분하여 사용합니다. 전자의 상태를 양자역학으로 푸는 DFT는 보통 수십~수백 개의 원자를 다루며, 시간 발전을 추적할 수 있는 것도 수십 피코초 정도까지입니다. 원자 간 퍼텐셜을 사용하는 고전적인 분자 동역학법은 수천~수백만 개의 원자를 나노초 정도까지 추적할 수 있습니다. 페이즈 필드법은 나노미터~마이크로미터 조직의 변화를, 유한 요소법은 부품 규모의 응력이나 온도를 연속체로서 다룹니다. DFT로 수백만 개의 원자를 마이크로초나 추적하는 것은 계산량 면에서 현실적이지 않으며, 유한 요소법은 원자를 다루지 않는 기법입니다. 작은 규모 계산의 결과를 큰 규모의 계산에 넘기는 것을 멀티스케일 계산이라고 합니다.

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