İçeriğe atla

SIESTA (bilgisayar programı)

SIESTA

SIESTA ('Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms, Türkçe: Binlerce Atomlu Elektronik Simülasyon Girişimi), moleküller ve katıların üzerine ab initio moleküler dinamik simülasyonlarını gerçekleştirmek ve etkilielektronik yapı hesaplamalarını yapabilmek için tasarlanmış orijinal bir yöntem ve bu yöntemin bilgisayar programı uygulamasıdır. SIESTA'nın verimliliği, kesinlikle yerelleştirilmiş temel kümelerin kullanılmasından ve uygun sistemlere uygulanabilen doğrusal ölçekleme algoritmalarının varlığından kaynaklanmaktadır. Kodun çok önemli bir özelliği, doğruluk ve maliyetinin, hızlı keşif hesaplamalarından- düzlem dalga ve tüm elektron yöntemleri gibi diğer yaklaşımların kalitesiyle eşleşen- son derece hassas simülasyonlara kadar geniş bir aralıkta ayarlanabilmesidir.

13 Mayıs 2016'dan bu yana, 4.0 sürüm duyurusu ile SIESTA, GPL açık kaynak lisansı koşulları altında yayınlanmaktadır. Kaynak paketler ve geliştirme sürümlerine erişim yeni geliştirme ve dağıtım platformundan 13 Nisan 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. mümkündür.

SIESTA'nın güçlü yönleri

SIESTA'nın güçlü yanları:

  1. Esnek kod
  2. Yoğun hesaplama gerektiren sistemler üzerinde çalışabilir
  3. Yüksek verimli paralelleştirme
  4. Profesyonel kullanım için destek 30 Aralık 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

Şu anda programda var olan çözümler

SIESTA, 1996 yılından beri sürekli gelişmektedir. Mevcut sürümdeki ana çözümler şunlardır:

  • Eşdoğrusal ve eşlenik olmayan spin polarize hesaplamalar
  • Van der Waals fonksiyonel etkin uygulaması
  • Wannier fonksiyon uygulaması
  • TranSIESTA / TBTrans modülü (YENİ! 4.1 sürümünde)
  • Yerinde Coulomb düzeltmeleri (DFT + U) (YENİ! 4.1 sürümünde)
  • Güçlü lokalize elektronların tanımı, geçiş metali oksitleri
  • Spin-yörünge kuplajı (SOC / Spin-orbit coupling) (YENİ! 4.1 sürümünde)
  • Topolojik izolatör, yarıiletken yapılar ve kuantum transport hesapları
  • NEB (Nudged Elastic Band) (LUA 28 Mayıs 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ile arayüz) (YENİ! 4.1 sürümünde)

Geliştirilmekte olan çözümler

  • GW yaklaşımı
  • Zamana Bağlı DFT (TDDFT)
  • Hibrit Fonksiyoneller
  • Bant açılımı
  • Gerçek uzayda Poisson çözücü

İşlem sonrası araçları

SIESTA için bir dizi işlem sonrası araç geliştirilmiştir. Bu programlar SIESTA çıktısını işlemek veya programın işlevselliğini desteklemeye yardımcı olabilir.

Uygulamalar

Uygulanmasından bu yana SIESTA, çok çeşitli sistemlere (nanotüpler, nanokümeler, biyolojik moleküller, amorf yarıiletkenler, ferroelektrik filmler, düşük boyutlu metaller, vb.) uygulandı.[1][2][3]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Mashaghi A et al. Hydration strongly affects the molecular and electronic structure of membrane phospholipids J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012)
  2. ^ Mashaghi A et al. Interfacial Water Facilitates Energy Transfer by Inducing Extended Vibrations in Membrane Lipids, J. Phys. Chem. B, 2012, 116 (22), pp 6455–6460
  3. ^ Mashaghi A et al. Enhanced Autoionization of Water at Phospholipid Interfaces. J. Phys. Chem. C, 2013, 117 (1), pp 510–514

==Konuyla ilgili okumalar

  • Izquierdo (2000). "Systematic ab initio study of the electronic and magnetic properties of different pure and mixed iron systems". Physical Review B. 61 (20). s. 13639. 
  • Robles (2001). "All-electron and pseudopotential study of the spin-polarization of the V(001) surface: LDA versus GGA". Physical Review B. 63 (17). s. 172406. 
  • Soler (2002). "The SIESTA method for ab initio order-N materials simulation". Journal of Physics: Condensed Matter. 14 (11). ss. 2745-2779. 

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Richard Feynman</span> Amerikalı teorik fizikçi (1918 – 1988)

Richard Phillips Feynman, kuantum mekaniğinin ayrılmaz formülasyonu, kuantum elektrodinamiği teorisi, aşırı soğutulmuş sıvı helyumun süper-akışkan fiziği ve partonu önerdiği parçacık fiziğindeki çalışmaları ile 1965'te, Julian Schwinger ve Sin-Itiro Tomonaga ile birlikte Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülmüş Amerikalı teorik fizikçidir.

Tennesin veya Ununseptiyum, periyodik tabloda atom numarası 117 ve sembolü Ts olan kimyasal elementtir.

<span class="mw-page-title-main">İstiflenme</span>

Kimyada istiflenme, genelde aromatik olan moleküllerin atomlar arası etkileşerek deste şeklinde üst üst üste gelmesidir. İstiflenmiş bir sistemin en yaygın bilinen örneği DNA molekülünde birbirini takibeden bazlarda görülür. İstiflenme proteinlerde, non-polar iki halkanın örtüşmesi halinde de meydana gelir. Hangi moleküllerarası kuvvetlerin istiflenmeye neden olduğu hâlen tartışma konusudur.

Kuantum Kimyası diğer adıyla Yeni Nicem, Kuantum mekaniğinin atom ve moleküllere uygulanması ile ilgilenen Kimya altdalıdır. Temel bir dal, yani saf Kimya olan Kuantum Mekaniği'nin bir uygulaması olduğundan uygulamalı Kimya dalı olarak değerlendirilebilir. Kuantum Kimyası'nda Schrödinger, Dirac, vb dalga denklemlerinin çözümüyle ilgilenilir. Ancak genellikle en çok tercih edilen, EM alan yokluğunda, spinsiz ve rölativistik olmayan Schrödinger denkleminin çözümüdür. Tek elektronlu sistemler dışında Schrödinger denklemi analitik olarak çözülemediğinden, çok elektronlu sistemler için nümerik çözümler yapılır. Kuantum Kimyası'nda bu nümerik çözümleri yapmak üzere çeşitli yöntemler vardır. Bunlar;

<span class="mw-page-title-main">Hesaplamalı fizik</span>

Hesaplamalı fizik, fizik sorunlarını çözebilmek için sayısal algoritmaların üretilmesi ve gerçeklenmesini içerir. Genelde kuramsal fizikin bir alt dalı olarak değerlendirilir ancak bazen de kuramsal ve deneysel fizik arasında orta bir dal olarak da düşünülür.

<span class="mw-page-title-main">Walter Kohn</span> Amerikalı fizikçi (1923 – 2016)

Walter Kohn, John A. Pople ile birlikte 1998 Nobel Kimya Ödülü sahibi Yahudi kökenli Amerikalı fizikçi. Walter Kohn ve John Pople bu ödülü kuantum kimyası üzerine bir birlerinden bağımsız olarak yaptıkları çalışmalar üzerine almaya hak kazanmışlardır. Kohn özelde bu ödülü Atomlar arasındaki kimyasal bağları açıklamak üzere karmaşık matematiği kuantum mekaniğine uygulayarak geliştirdiği yoğunluk fonksiyonları teorisi sayesinde kazanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Gian Carlo Wick</span> İtalyan fizikçi (1909-1992)

Gian Carlo Wick, İtalyan teorik fizikçi. Kuantum Alan Teorisi'ne önemli katkılarda bulundu. Wick rotasyonu, Wick daralması, Wick teoremi ve Wick ürünü önemli çalışmalarıdır.

Dolanıklık, kuantum mekaniğine özgü bir olgudur. Kuantum fiziğine göre iki benzer parçacık birbiriyle eşzamanlılığa sahiptir. Bu parçacıklar ayrı yerlerde birbirinden eşzamanlı olarak etkilenirler. İki elektron parçası ışık yılına yakın uzaklıkta olsa dahi birbirlerini etkileyebilirler. Bu sayede birbirinden ışık yılına yakın bir uzaklıkta olan bir elektron kendi çevresi etrafında sağa dönerken diğer bir elektron parçası sola dönecektir.

Hesaplamalı kimya, kimya problemlerini çözmeye yardımcı olmak için bilgisayar simülasyonunu kullanan bir kimya dalıdır. Moleküllerin, katıların yapı ve özelliklerini hesaplamak için verimli bilgisayar programlarına dahil edilmiş teorik kimya yöntemlerini kullanır. Bu yöntemlerin kullanılmasının nedeni, hidrojen moleküler iyonu ile ilgili nispeten yeni sonuçlar dışında, kuantum çok-gövdeli(many-body) problemlerin analitik olarak çözülemez oluşudur. Hesaplama sonuçları normal olarak kimyasal deneylerle elde edilen bilgileri tamamlarken, bazı durumlarda gözlemlenmeyen kimyasal olayları da tahmin edebilmektedir. Yeni ilaç ve materyallerin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Yöresizleşmiş elektron</span> bir katı metal, iyon veya molekülde bulunan elektronların tek bir atom veya kovalent bağ ile ilişkili olmaması

Yöresizleşmiş elektronlar veya delokalize elektronlar bir katı metal, iyon veya molekülde bulunan elektronların tek bir atom veya kovalent bağ ile ilişkili olmamasını tanımlar.

Siklopentin, halkada beş karbon atomu içeren bir sikloalkindir. Alkinin her atomunda 180°'lik ideal bağ açısı, bağların bir halka oluşturması için gereken yapısal gereksinimden dolayı, oldukça gergin bir yapı oluşturur ve üçlü bağ oldukça reaktifdir. Üçlü bağ, hem [2 + 2] hem de [4 + 2] sikloekleme reaksiyonlarına kolayca maruz kalır. Alken partnerinde stereokimya kaybıyla [2 + 2] ilaveye tabi tutulan benzinden farklı olarak, siklopentin eşin geometrisinin tutulmasıyla alkenlerle tepkimeye girer, yüksek reaktif yapılar için bile orbital simetrinin uygunluğunun bir örneğidir. Yapı aynı zamanda, sikloekleme tepkimesini etkileyen lityum katyonlarıyla bir kompleks de oluşturabilir. Yeni bir metalasikl oluşturmak için bakır türleriyle yeterince güçlü etkileşime girebilir.

Kuantum kimyası bilgisayar programları, kuantum kimyası metodlarını uygulamak için bilgisayarlı kimyada kullanılır. Çoğu program, Hartree-Fock (HF) ve bazı post Hartree-Fock yöntemlerini içerir ve ayrıca yoğunluk fonksiyonları teorisi (DFT), moleküler mekanik veya yarı-ampirik kuantum kimyası metotlarını da içerebilirler. Bahsi geçen programlar arasında açık kaynaklı ve ticari yazılımlar bulunur. Bunların çoğu büyüktür, çoğu zaman birkaç ayrı program içerir ve uzun yıllar boyunca geliştirilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Spartan (kimya yazılımı)</span>

Spartan, Wavefunction'ın moleküler modelleme ve bilgisayarlı kimya uygulamasıdır. Moleküler mekanik, yarı-ampirik yöntemler, ab initio modeller, yoğunluklu fonksiyonel modeller, post Hartree-Fock modeller, G3 (MP2) ve T1 içeren termokimyasal tarifler için kodlar içerir.

Katı hâl fiziğindeki hesaplamalı kimya yöntemleri, moleküller için uyguladıkları aynı yaklaşımı katı hâl fiziğinde de takip eder, ancak bu durumda iki farklılık gösterirler. Birincisi, katının translasyon simetrisinin kullanılması şarttır ve ikincisi, moleküler atom merkezli temel fonksiyonlara bir alternatif olarak düzlem dalgalar gibi tamamen dağılmış taban fonksiyonlarını kullanmak mümkündür. Bir kristalin elektronik yapısı genel olarak Brillouin kuşağındaki her nokta için elektron orbitallerinin enerjilerini tanımlayan bir bant yapısı ile tanımlanmaktadır. Ab initio ve yarı-ampirik hesaplamalar yörünge enerjilerini verir, bu nedenle bant yapı hesaplamalarına uygulanabilirler. Bir molekül için enerjiyi hesaplamak zaman alıcı olduğu için, Brillouin bölgesindeki tüm noktaların listesi için hesap yapmak daha da zaman alıcıdır.

Jaguar hem gaz hem de çözelti fazları için ab initio kuantum kimya hesaplamalar yapmak amacıyla kullanılan bir bilgisayar yazılımı paketidir. Schrödinger şirketi tarafından pazarlanan ticari bir yazılımdır. Program, Richard Friesner ve William Goddard'ın araştırma grupları tarafından üretildi ve başlangıçta PS-GVB olarak adlandırıldı.

Zamana bağlı yoğunluk-fonksiyonel teori, fizik ve kimyada elektrik veya manyetik alanlar gibi zamana bağlı potansiyellerin varlığında çok gövdeli sistemlerin özelliklerini ve dinamiklerini araştırmak için kullanılan bir kuantum mekanik teoridir. Bu tür alanların moleküller ve katılar üzerindeki etkisi, uyarılma enerjileri, frekansa bağlı tepki özellikleri ve fotoaborpsiyon spektrumları gibi özellikleri elde etmek için TDDFT ile incelenebilir.

<span class="mw-page-title-main">CP2K</span>

CP2K, katı hal, sıvı, moleküler ve biyolojik sistemlerin atomistik simülasyonlarını gerçekleştirmek için Fortran 2003'te yazılan serbestçe kullanılabilen (GPL) bir programdır.

Teorik ve hesaplamalı kimyada temel seti, Hartree Fock yöntemi veya yoğunluk fonksiyonel teorisinde kullanılan bir dizi fonksiyondur. Temel setleri Hartree Fock yöntemi veya yoğunluk fonksiyonel teorisindeki elektronik dalga fonksiyonunu temsil etmeyi amaçlarlar. Modelin kısmi diferansiyel denklemlerinin bilgisayarda verimli uygulanması amacı ile uygun cebirsel denklemlere dönüştürülmesinde kullanılırlar.

Üçlü nokta, termodinamikte bir maddenin üç fazının termodinamik dengede bir arada var olduğu sıcaklık ve basınçtır. Süblimleşme eğrisi, erime eğrisi ve buharlaşma eğrisi bu noktada buluşurlar.

Psi, başlangıçta Henry F. Schaefer, III araştırma grubu tarafından yazılan ab initio hesaplamalı kimya paketİ. Psi kullanılarak, Hartree-Fock, Post-Hartree-Fock elektron korelasyon yöntemleri ve Yoğunluk fonksiyonel teorisi gibi çeşitli yöntemlerle bir moleküler sistem üzerinde hesaplamalar yapılabilir. Program enerjileri hesaplayabilir, moleküler geometrileri optimize edebilir ve titreşim frekanslarını hesaplayabilir. Programın büyük kısmı C++ ile yazılırken, kullanıcıların karmaşık hesaplamalar yapmasına veya görevleri kolayca otomatikleştirmesine olanak tanıyan Python API de mevcuttur.