لقد أصبحت نمذجة الأنساق عنصرًا أساسًا من عناصر فيزياء المواد فدراسة ظاهرة فيزيائية ما لم تعد تنحصر على القيام بالتجربة، وتحليل نتائجها، أو وضع نظرية؛ لشرحها، بل أصبحت المحاكاة الرقمية عنصرًا أساسًا في شرح الظواهر الفيزيائية، بحيث أصبح من الممكن بواسطة هذه النمذجة الرقمية التنبؤ بنتائج تجربة ما بدقة كبيرة، إذ يمكن استخراج الخواص الميكانيكية والضوئية، والإلكترونية، أو الكيميائية للمادة من الحاسوب؛ مما يسمح بتوجيه التجارب، وتطويرها. وعلى الرّغم من تطور تقنيات الحواسيب وتعدد شبكاتها التي تغطي العالم، فإنّ التجارب الرقمية على المواد الماكروسكوبية تبقى بعيدة المنال، بل مستحيلة، حيث إن ميكروناً مكعبا من المادة يحتوي على مليار ذرة. ويجب نمذجتها خلال عدة ثوانٍ، مع العلم أنّ كل ذرة تهتز حول وضع توازنها بدور يقدر بـ 10-12 ثانية لهذا نقتصر في الحساب على عدد قليل من الذرات نحو 100 أو 200 ذرة في منطقة متجانسة، ونربطها بنماذج أقل دقة في سلم أكبر. وتسمح النمذجة والتجارب الرقمية بدراسة الأجسام المتناهية في الصغر. ومن مميزات السلم النانومتري أن الطبيعة الكمية والفيزياء الكيميائية للأجسام، وكذلك وجهات أجهزة القياس تؤدي إلى ترجرج داخلي للخواص الفيزيائية المقاسة. ولرفع رهانات النمذجة والتجارب الرقمية في هذا السلم يجب تطوير مقاربات رقمية مبدعة، بحيث تكون مبنية على الدقة الذرية، وعلى واقعية الأجسام والتجهيزات التي نريد تمثيلها أنساق بعدد كبير من الذرات. وعلى وجه الخصوص في الأجسام غير المتجانسة، أو المترجرجة الناتجة عن التجهيزات المتناهية في الصغر، والتي تنتج وظائف جديدة. وللبناء البلوري دور مهم في بنية الأجسام المتناهية في الصغر. ويمكن القيام بتجارب رقمية في هذا الميدان. ومن أهم المقاربات الدينامكية الجزيئية Molecular Dynamics) ، وطريقة Monte Carlo). والتجارب الرقمية في إطار الدينامكية الجزيئية تسمح باستخراج أهم البارمترات في بناء البلورات، مثل: معامل الانتشار، وطاقة اجتياز الحواجز، وتتبع الدينامكية الجزيئية بكونها دينامكية تحديدية حسب معادلات نيوتن الكلاسيكية. وهكذا يمكن تتبع حركة كل جزيء أثناء البناء البلوري للمادة (31). كما تعد طريقة Monte Carlo أنّ النمو البلوري يتم بطريقة اعتباطية، ويمكن وصفها بواسطة نظرية الاحتمال ونهتم في هذه الحالة بالمقادير الفيزيائية التي تميز أشكال السطح، مثل: العدد المتوسط للذرات الممتزة، والحجم المتوسط لأكوام الذرات والخشونة، وكثافة العتبات... إلخ. ومن بين أهداف المحاكاة الرقمية على مستوى الذرات إيجاد معطيات تساعد الباحثين والصناعيين على توجيه أبحاثهم التجريبية أو صناعتهم. وتضمّ التجارب الرقمية دينامكية الشوائب، وحسابات البنى الصناعية... إلخ.

مواضيع ذات صلة

الكربون .. أمير المواد وعميدها

خواص المواد النانوية

تاريخ أنابيب الكربون النانوية (History of carbon nanotubes)

الاتصال والحوار العام في تطوير تقنية النانو

نشاطات المنظمات الدولية في مجال التقنية النانوية

حالة المعارف المتصلة بمخاطر المواد النانوية

الاعتبارات الأخلاقية في التقنية النانويه

المنفعة الاجتماعية للتقنية النانوية

ما المقصود بالنانو؟

النانو تكنولوجيا.. علم وصناعة القرن الجديد

أنابيب الكربون النانوية Nanotubes Carbon

نحو التجميع الذاتي (الالت تصنع نفسها)