(CuAu3)n和(Cu3Au)n(n=1～15)团簇基态能量和结构的MOnte Carlo模拟研究

本文采用Monte Carlo方法和Gupta势函数对(CuAu3)n和(Cu3Au)n团簇的基态能量和结构进行了模拟研究,通过计算平均结合能、结合能的一阶差分和二阶差分,分析了团簇的稳定性.结果表明:(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇都为立体结构,都是以二十面体为基础形成的;(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇结构中金原子都有位于团簇表面的倾向;这两类团簇结构的区别在于:在(Cu3Au)n团簇中,铜一金原子混合程度高;而(CuAu3)n团簇中,形成金原子位于表层,铜原子位于中心的层状结构;且当n=3、5、7、9时,(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇在各自的序列中相对稳定性较邻近团簇高,特别是n=7的团簇,相对稳定性最高.     

（CuAu3）n和（Cu3Au）n（n=1-15）团簇基态能量和结构的Monte Carlo模拟研究

本文采用Monte Carlo方法和Gupta势函数对（CuAu3）n和（Cu3Au）n团簇的基态能量和结构进行了模拟研究,通过计算平均结合能、结合能的一阶差分和二阶差分,分析了团簇的稳定性。结果表明：(Cu3Au)n 和(CuAu3)n团簇都为立体结构,都是以二十面体为基础形成的; (Cu3Au)n 和(CuAu3)n团簇结构中金原子都有位于团簇表面的倾向;这两类团簇结构的区别在于：在(Cu3Au)n团簇中,铜-金原子混合程度高;而(CuAu3)n团簇中,形成金原子位于表层,铜原子位于中心的层状结构;且当n=3、5、7、9时,(Cu3Au)n 和(CuAu3)n团簇在各自的序列中相对稳定性较邻近团簇高,特别是n=7的团簇,相对稳定性最高。     

铜团簇Cun(n=2-60)的基态能量与几何结构的Monte Carlo模拟

采用蒙特卡洛(MC)方法和嵌入原子势(EAM)函数,研究了铜原子团簇的结构及其结合能.表明铜原子团簇在n值较小时,趋向于立体结构,而非平面结构;n＞13的铜团簇都是在正二十面体的基础上添加原子形成的,通过分析团簇的结构和能量之间的关系发现,如果添加原子后形成的Cun具有较高的对称性,那么这种铜团簇的结构就稳定.     

H+2团簇与固体相互作用的Monte Carlo模拟

讨论了H+2团簇在物质中的作用过程, 包括库仑爆炸过程、尾流势的影响和与靶原子的近碰撞等. 开发成功了一套适用于不同靶材料的Monte Carlo模拟程序, 模拟计算了H+2通过碳膜后出射粒子的能谱和角分布, 并与实验结果进行了比较.     

非均质基底表面上团簇生长的Monte Carlo模拟

Monte Carlo方法模拟了在非均质基底表面上团簇的生长过程.非均质基底由规则分布的A，B两类不同性质的物质(不同材料、不同温度等)组成.沉积粒子的初动能为E₀，在不同相基底上单位长度扩散的能耗为E_A,E_B，粒子从A经过相界扩散到B的能耗为E_AB.模拟中粒子的初动能E₀.远大于E_A,E_B，粒子从B过相界到A能耗E_BA取为0.结果表明，沉积在此类基底表面的粒子凝聚成具有分形结构的团簇.当E_AB远大于E_A,E_B时，团簇的数目、团簇的回旋半径、团簇的分形维数均随E₀/E_AB呈周期性变化. 关键词： 分形团簇 非均质基底 Monte Carlo模拟 周期性     

不同温度下团簇生长的Monte Carlo模拟

引入基底表面束缚能、最近邻粒子间的耦合能以及应力场,对粒子扩散势垒进行修正,采用Monte Carlo方法对不同温度下薄膜生长过程进行模拟研究.结果表明,当400 K≤T ≤ 480 K,所得团簇的平均分支宽度基本保持不变,其值近似为单粒子直径.当500 K≤T ≤ 680 K,团簇分支宽度随着温度的升高而逐渐增大至约4个粒子.随着温度的继续升高,由于粒子较高的活跃性而无法凝聚形成大团簇,团簇包含粒子数的平均值小于2.还研究了不同温度下团簇在生长过程中的形貌演化过程以及团簇数变化规律.     

铍团簇Be_n(n=2-55)的基态能量、结构及其拓扑性质

采用一种第一性原理多体势来描述团簇Ben中原子之间的相互作用,用模拟自然界生物进化的方法系统地优化计算了Ben团簇(n=2-55)的基态能量和几何结构,分析了其拓扑性质,总结了能量和结构随原子数目的变化规律,并将得到的Ben的结果和长程Morse势所描述的金属团簇Mn,以及LennardJones势所描述的惰性气体团簇LJn进行了比较     

铍团簇Bem（n—2—55）的基态能量,结构及其拓扑性质

采用一种第一性原理多体势来描述团簇Ｂｅｎ中原子之间的相互作用,用模拟自然界生物进化方法系统地优化计算了Ｂｅｎ团簇（ｎ＝２－５５）的基态能量和几何结构,分析了其拓扑性质,总结了能量和结构随原子数目的变化规律,并将得到Ｂｅｎ的结果和长程Ｍｏｒｓｅ势所获这的金属团簇Ｍｎ,以及Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ势所描述的惰性气体团簇ＬＪｎ进行了比较     

Nin(n=2～20)团簇的结构

使用经验势和遗传算法(Genetic Algorithm),得到了Nin(n=2～20)团簇的平衡结构和束缚能.对于小的团簇(Ni2～Ni6),所得到的结果与基于第一性原理密度泛函的计算相一致.结果表明,团簇的结构不同于块体且随尺度发生引人注日的变化.每原子平均束缚能Eb随尺度单调增长.根据过渡金属团簇表面原子配位数与电离势(IP)的一个解析表达式计算所得的电离势与实验结果基本一致.由基态能量对分裂途径(Fragmentation Channels)的分析表明,失去二聚体(Dimer)在能量上是优先的.同时将计算所得的结构与Nin团簇吸收N2的实验所推得的结构进行了比较.     

Ni_n(n=2～20)团簇的结构

使用经验势和遗传算法 (GeneticAlgorithm) ,得到了Nin(n =2～ 2 0 )团簇的平衡结构和束缚能。对于小的团簇 (Ni2 ～Ni6) ,所得到的结果与基于第一性原理密度泛函的计算相一致。结果表明 ,团簇的结构不同于块体且随尺度发生引人注日的变化。每原子平均束缚能Eb 随尺度单调增长。根据过渡金属团簇表面原子配位数与电离势 (IP)的一个解析表达式计算所得的电离势与实验结果基本一致。由基态能量对分裂途径(FragmentationChannels)的分析表明 ,失去二聚体 (Dimer)在能量上是优先的。同时将计算所得的结构与Nin团簇吸收N2 的实验所推得的结构进行了比较     

磁控溅射气体团簇源中团簇形成的DSMC研究

利用直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC) ,模拟了磁控溅射气体团簇源中Cu+ (Cu-)的含量比例不同的条件下,Cu团簇的尺寸分布。模拟结果表明：随着含量比例的增加,团簇的尺寸分布变窄了,不带电的团簇的比例增加,不带电的铜团簇分布的最大值减小,相应的带正电荷和带负电荷团簇的比例减小;相同的含量比例下,带正电的团簇的尺寸分布与带负电荷的团簇的尺寸分布基本相同;初始Cu- 比Cu+ 的含量比例大时,输出的主要是带负电荷的团簇,带正电荷和不带电的团簇占很小的比例;Cu-含量比例的增加,负Cu团簇的尺寸分布减小。     

磁控溅射气体团簇源中团簇形成的DSMC研究

利用直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC) ,模拟了磁控溅射气体团簇源中Cu+ (Cu-)的含量比例不同的条件下,Cu团簇的尺寸分布。模拟结果表明：随着含量比例的增加,团簇的尺寸分布变窄了,不带电的团簇的比例增加,不带电的铜团簇分布的最大值减小,相应的带正电荷和带负电荷团簇的比例减小;相同的含量比例下,带正电的团簇的尺寸分布与带负电荷的团簇的尺寸分布基本相同;初始Cu- 比Cu+ 的含量比例大时,输出的主要是带负电荷的团簇,带正电荷和不带电的团簇占很小的比例;Cu-含量比例的增加,负Cu团簇的尺寸分布减小。     

气体凝聚团簇源中团簇形成的DSMC研究

利用直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC) ,模拟了气体凝聚团簇源的引出口尺寸和中心位置不同的条件下,Cu团簇的尺寸分布以及模拟了随着时间的增长,腔内团簇数目的变化.模拟结果表明:引出口的直径越大,产生大团簇的比例越小;在引出口的直径相同的情况下,引出口的中心位置偏离坐标原点比在原点产生的大团簇的比例要大;随着时间的增长,腔内团簇数目先变多后变少.     

引出口的几何参数对团簇形成影响的DSMC研究

利用直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC),模拟了气体凝聚团簇源的引出口尺寸和中心位置不同的条件下,Cu团簇的尺寸分布以及模拟了随着时间的增长,腔内团簇数目的变化.模拟结果表明:引出口的直径越大,产生大团簇的比例越小;在引出口的直径相同的情况下,引出口的中心位置偏离坐标原点比在原点产生的大团簇的比例要大;随着时间的增长,腔内团簇数目先变多后变少.     

Monte Carlo simulation of the effect of atomic diagonal transition on cluster diffusion

The effect of atomic diagonal transition on the cluster diffusion and its size dependence is simulated by kinetic Monte Carlo method. The thresholds of atomic diagonal transition barriers E_{dt} are found to be 0.2eV and 0.4eV, corresponding to with and without evaporation and condensation mechanism, respectively. The results indicate that the cluster diffusion is controlled primarily by the atomic diagonal transition, and the cluster diffusion coefficient D decreases drastically with increasing E_d when E_dE_{dt}, and the relationship between D and N changes into D∝N^{-1.08±0.027}.     

用量子蒙特卡罗方法研究二维超流-莫特绝缘体相变点附近的希格斯粒子

与伽利略不变性的超流体不同, 具有洛伦兹不变性的超流体中除了声子模之外, 还存在希格斯振幅模(Higgs amplitude mode). 在二维情况下, 由于存在十分剧烈的衰变成声子模的过程, 希格斯模是否仍然是一个能产生尖锐线性响应的激发子成为了一个问题. 近年来的进展最终对这一持续数十年的争论做出了肯定的回答, 证实了希格斯的可观测性. 在这里, 我们回顾一系列的数值方面的工作; 它们以二维超流体(superfluid)到莫特绝缘体(Mott insulator) 量子相变点(SF-MI QCP) 附近的具有洛伦兹不变性的超流体为对象, 成功探测到了希格斯模的线性响应信号. 特别是, 我们介绍了一种如何使用平衡态系统的蒙特卡罗算法计算强关联系统的延迟响应函数(retarded response function)的方法. 该方法主要包含两个核心步骤: 即通过路径积分表示下的蠕虫算法这一高效的蒙特卡罗算法计算平衡态系统的虚时间关联函数, 然后利用数值解析延拓方法从虚时间关联函数中获得实时间(实频率)的响应函数. 将该数值方法应用于二维SF-MI QCP附近的玻色-哈伯德模型(Bose-Hubbard Model), 结果表明尽管在超流相中, 希格斯模衰变过程非常剧烈, 但是在动能算符相对应的延迟响应函数的虚部中, 仍然可以观测到希格斯模所对应的尖锐的共振峰. 进一步的研究表明, 在莫特绝缘相, 甚至常流体相中, 也可能存在类似的共振峰信号. 由于可以在光晶格中超冷原子系统等凝聚态中观测到SF-MI QCP, 因此希格斯共振峰有望通过实验进行直接探测. 此外我们指出, 同样的希格斯共振峰还存在于所有和SF-MI QCP具有相同普适类((2+1)维相对论性U(1)临界性)的量子临界系统中.     

Monte Carlo method and sensitivity estimations

It is shown that, starting from any existing Monte Carlo algorithm for estimation of a physical quantity A, it is possible to implement a simple additional procedure that simultaneously estimates the sensitivity of A to any problem parameter. The corresponding supplementary cost is very low as no additional random sampling is required. The principle is presented on a formal basis and simple radiative transfer examples are used for illustration.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法

为了实现基于蒙特卡罗方法的中子动力学计算,在传统的直接蒙特卡罗动力学方法的基础上,提出了一种加权蒙特卡罗动力学方法。该方法通过引入粒子权重的概念,隐式考虑中子俘获反应和裂变反应过程中中子数目的变化,避免了模拟粒子的数目随时间的变化,降低了统计偏差,消除了程序计算过程中粒子的存库操作,提高了计算精度。基于单能点堆模型,开发了中子动力学计算程序NECP-Dandi,进行了大量数值验证与分析,包括无缓发中子、单组缓发中子、六组缓发中子、正阶跃反应性引入、负阶跃反应性引入、正脉冲反应性、负脉冲反应性和正线性反应性引入等情况。数值结果表明,相比于直接蒙特卡罗动力学方法,加权蒙特卡罗动力学方法在计算结果的精度和计算效率上有较为明显的改进,程序结构更为简洁。