Fysiske egenskaber af faste stoffer belyst ved at zoome ind og ud af høj opløsning

Computersimuleringer bruges til at forstå egenskaberne af blødt stof - såsom væsker, polymerer og biomolekyler som DNA - som er for komplicerede til at blive beskrevet med ligninger. De er ofte for dyre at simulere fuldt ud, givet den intensive regnekraft, der kræves. I stedet, en nyttig strategi er at koble en nøjagtig model – anvendt i de områder af systemet, der kræver større opmærksomhed – med en enklere, idealiseret model.

I et nyligt papir offentliggjort i EPJ E , Maziar Heidari, fra Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz, Tyskland og kolleger får den nøjagtige model i høj opløsning til at falde sammen med en nøjagtigt løselig repræsentation ved lavere opløsning.

Idealet, enklere model er en slags nøgen repræsentation af atomer eller molekyler, som ikke interagerer indbyrdes. Tidligere undersøgelser har anvendt denne strategi på væsker, men i denne undersøgelse, forfatterne anvender det for første gang på en model af fast stof koblet til en ideel krystal, hvor atomer har begrænsede bevægelser og ikke interagerer, døbt Einstein krystal. Holdet var i stand til at beregne dets termodynamiske egenskaber - f.eks. temperatur og gratis energi - til en reduceret beregningsomkostning.

I denne form for simulering, kaldet adaptive opløsningssimuleringer, opløsningen af ​​et molekyle afhænger af dets position i rummet. I overgangsregionen mellem de to resolutioner, molekyler tilpasser sig den ene eller den anden model. Dette er en effektiv måde at beregne de relevante termodynamiske egenskaber for det faktiske faststof ved at nedbryde dem i et ideelt bidrag - fra den forenklede model - og et andet udtryk, specifikt for det pågældende system. Metoden kombinerer enkelheden af ​​ideelle modeller med den kemiske nøjagtighed af realistiske repræsentationer.