Компьютерное моделирование конденсированных систем. Учебная программа учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальности 1-31 81 01 Физика конденсированного состояния № УД-5349/уч.

Abstract

Цель учебной дисциплины — ознакомление студентов с основами компьютерного моделирования в физике твердого тела. Основные задачи учебной дисциплины — дать представление о роли компьютеров в современной физике, основных методах компьютерного моделирования и областях их применения, продемонстрировать особенности применения основных методов компьютерного моделирования в физике конденсированного состояния, научить студентов применять компьютерное моделирование в их научно-исследовательской работе. Метод компьютерного моделирования является как инструментом для научных исследований, так и методом образования. Этот метод способствует развитию исследовательского обучения, приближению процесса обучения к научному поиску, что является принципиально важным с точки зрения педагогики. Такой подход позволит ускорить достижение заданного уровня знаний и создать необходимую мотивацию для познавательной деятельности. Численное моделирование составляет неотъемлемую часть современной фундаментальной и прикладной науки, причем по важности оно приближается к традиционным экспериментальным и теоретическим методам. Поэтому будущие научные работники, инженеры и преподаватели обязательно должны владеть технологией компьютерного моделирования, уметь исследовать различные физические явления и процессы с помощью компьютера. Суть метода компьютерного моделирования заключается в том, что создается математическая модель процесса. Благодаря замене реального объекта соответствующей ему моделью, появляется возможность сформулировать задачу его изучения как математическую и воспользоваться для анализа универсальным математическим аппаратом, который не зависит от конкретной природы объекта. Настоящая программа состоит из трех частей. Первая часть посвящена роли компьютеров в физике и общим вопросам компьютерного моделирования многочастичных систем. Рассматривается стохастическое моделирование методом Монте Карло и детерминистическое (динамическое) моделирование методом молекулярной динамики. Здесь же на примере одномерного уравнения Шредингера рассматривается моделирование квантовых систем. Во второй части рассматривается применение компьютерного моделирования в физике твердого тела. Основное внимание уделено моделированию пробегов ионов в твердых телах (методы МК и МД), моделированию электронной структуры твердых тел и моделированию дефектов и примесей. Рассмотрены также вопросы моделирования диффузионных процессов в твердых телах. В третью часть программы включены вопросы моделирование структуры и свойств наноразмерных систем. Курс базируется на курсах общей и теоретической физики, высшей математики и основных курсах по физике твердого тела.