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alpha-Fe에서 변위 캐스케이드의 분자 동역학 시뮬레이션

전문가 제언: ○ 1950년대 hard sphere계에 처음으로 적용된 이래 방법론과 컴퓨터의 비약적 발전을 통해 복잡하고 다양한 계에 적용되고 있는 전산 모의 방법 중 대표적인 방법인 분자 동역학, MD(Molecular Mynamics) 방법은 계 내의 입자간 상호작용력 혹은 힘이 주어졌을 때 이를 이용해서 뉴턴의 운동방정식을 수치적으로 풀어 원자의 동역학을 계산한다.

○ Malerba는 -Fe 내에서 변위 캐스케이드(displacement cascade)의 MD 시뮬레이션에 대하여 논평을 하고 있다. 변위 캐스케이드는 충돌 캐스케이드(collision cascade)라고도 하며 결정 내부에 높은 에너지를 가할 경우, 충돌로 인하여 격자로부터 원자가 튀어나오고 다시 다른 원자를 튀어나오게 하는 연속 충돌 현상을 일으키게 된다. 마치 다단계 폭포(cascade)에서 물이 떨어지는 모양을 연상케 하는 것이다.

○ 원자가 하나 있는 경우에는 거의 정확하게 원자의 상태를 기술할 수 있다. 입자의 개수가 매우 많이 존재하는 경우에는(아보가드로 수 정도) 원자의 상태를 통계 역학을 이용하여 근사적으로만 기술할 수 있다. 그러나 가장 다루기 어려운 문제는 원자의 개수가 위의 두 경우의 중간 단계일 때이다.

○ 즉, Schroedinger equation을 이용하여 exact solution을 구하기 어렵고, 통계적으로 기술해서 설명하지 못하는 현상이 displacement cascade 또는 collision cascade의 상태이다. 따라서 이러한 현상을 설명하기 위해서는 원자의 크기 정도의 다체계(many-body system)를 기술할 수 있는 다체 이론(many-body theory)이 필요하다.

○ 1990년대에는 먼저 Cu 그리고 곧이어 -Fe에서 변위 캐스케이드의 MD 시뮬레이션을 위한 다체 퍼텐셜(many-body potential)의 본격적 사용이 개시되었다. Malerba의 논평은 과거 반세기의 연구를 리뷰 한 것으로서 분자동력학[적] 시뮬레이션 발전에 기여할 것으로 사료된다.

저자: Malerba, L
자료유형: 학술정보