計算材料科學

材料的計算方法與一般能處理的空間及時間規模的組合,最適當者為下列何者?

  1. A以密度泛函理論(DFT)的計算,連同電子狀態追蹤數百萬個原子達數微秒
  2. B以有限元素法,用飛秒的步長追蹤個別原子的振動
  3. C以古典的分子動力學法,追蹤數千〜數百萬個原子達奈秒左右的時間
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正確答案:C. 以古典的分子動力學法,追蹤數千〜數百萬個原子達奈秒左右的時間

計算方法依可處理的規模分別使用。以量子力學求解電子狀態的DFT,通常處理數十〜數百個原子,能追蹤時間演化的也只到數十皮秒左右。使用原子間位能的古典分子動力學法,能追蹤數千〜數百萬個原子達奈秒左右。相場法處理奈米〜微米的組織變化,有限元素法則把零件規模的應力與溫度視為連續體處理。以DFT追蹤數百萬個原子達微秒,在計算量上並不實際,而有限元素法是不處理原子的方法。把小規模計算的結果傳給大規模計算,稱為多尺度計算。

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