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计算物理论文材料

第一篇：计算物理论文材料计算物理学与应用学科“十二五”发展规划（2011-2015）一、学科简介计算物理学与应用是隶属于物理学一级学科的一个二级学科，学科代码“140.75”。相关的学科有“原子与分子物理”、“无线电物理”、“计算数学”等，是兰州城市学院重点学科（B级），也是理工科学科群中特色鲜明的优势学科。二、研究方向计算物理学与应用学科目前开展三个研究方向，其主要研究任务是：（一）研究方向1：纳米材料的计算机模拟；学科带头人：郑小平教授1.研究意义和研究目标计算机模拟是计算机技术的一个重要应用领域，具有高效、快捷、经济等多方面的优点。用计算机模拟研究材料是集计算机科学、计算数学、材料科学、表面科学、物理化学于一体的一门新兴的交叉学科，用KineticMonteCarlo算法模拟薄膜生长是计算材料科学的一个研究热点。在薄膜生长过程中如果引入少量的表面活性剂时，薄膜生长会表现出与没有表面活化剂时完全相反的特征，对于这种反常效应，传统的DLA理论已经不能解释其微观机理。虽然近年来提出的RLA理论对这种反常效应给出了比较满意的解释，但是DLA与RLA这两个模型完全不同，揭示的规律正好相反。在DLA模型中，成核受到扩散作用的限制；而在RLA模型中，形核主要受到交换作用的限制，目前对薄膜生长的微观机理尚存在许多质疑。本科研方向以扩散理论为基础，以DLA模型为原型，吸收RLA理论的部分合理成份，结合实验上AFM、STM观察的最新发现，建立以“基本微观过程”为核心的新模型，模型中考虑了许多新的微观机制，如“连带作用”、“亚稳态”、“非最低能量选择”、“近似交换”和“完全交换”等，并利用新模型，通过KineticMonteCarlo方法对正常效应、反常效应的实验现象进行模拟计算。（二）研究方向2：地球物理材料的计算机模拟；学科带头人：刘子江副教授（博士）1.研究意义地球是目前太阳系中唯一适合人类生存的一颗行星。生活在地球上的人类，无时不感受到地球为我们提供创造物质文明的可贵自然资源和得以免遭太阳或其它恒星发射来的带电粒子流辐照伤害的地磁场外层空间保护屏障的恩赐，也不时会感受到由火山、地震、泥石流等自然灾害对安全、财产、甚至生命可能造成的威胁。究其原因，上述自然现象无一不与地球深部物质尤其是地核物质的组分、物质、状态，以及由此诱发的物质运动密切相关。它给我们的一个重要启示是：深化对地球深部物质的性质及其运动规律的认识，有助于提高人类改善生活质量，增强人类改造世界、造福人类自身的能力。另外，组成地球的主要物质，还在国民经济中具有非常实际的应用价值，如CaSiO3钙钛矿还是陶瓷制作、人造骨头和牙根的医用材料、以及高频绝缘体、树脂制品和整形外科的填充材料等；CaCO3广泛应用于工业、医用移植和生物光电子学领域等等。所以今后六年主要研究深部地球物理材料在高压下的性质，简单地说就是凝聚态物理的高压物理。2.研究目标（1）地球物理材料的结构；（2）地球物理材料的相变；（3）地球物理材料的状态方程；（4）地球物理材料的弹性性质；（5）地球物理材料的高压熔化；（6）地球物理材料的热力学特性；（7）地球物理材料的电子结构和光学性质。（三）研究方向3：计算微波和电磁场计算技术；学科带头人：姬五胜教授本研究方向确立科研攻关方向为：波概念迭代法的研究和在微波电路中的应用1.研究意义波概念迭代法（WCIP）是一种基于波概念的新的迭代方法。它是在平面不连续性问题的背景下发展起来的，能够较好的解决微波电路不连续性所造成的散射问题，特别是在障碍物尺寸与波长相近时。WCIP通过电场和电流密度引入入射波和反射波，并在第次和次的入射波和反射波之间建立起转换的递归关系式。当存储的各次叠加波收敛时停止循环，最后可得到空气和介质交界面上的电流密度和电场。在迭代过程中，WCIP以快速傅立叶变换实现波在空域和谱域之间的转换，这使得WCIP既提供了对电路描述的多功能性，又保证了多层结构的可靠表述。较之有限元法、矩量法、FDTD等常用数值分析方法，WCIP通过定义有效的周期性关系来减少计算的复杂度和内存的使用量；同时，由于波在空域与谱域之间转换的过程中运用了二维快速傅里叶变换，使得整个迭代过程的计算速度大大提高。因此这种方法对不同结构的微波多层电路有很强的适用性，有着广泛的应用意义。2.研究目标：（1）深入研究波概念迭代法的理论原理和迭代过程。主要包括激励源设置，空域散射矩阵的计算，谱域反射系数的计算，2D-FFT和2D-IFFT对散射波在空域和谱域之间的搬移过程，参考面上电磁场参数、导纳矩阵、散射参数的提取等。（2）通过分析研究，编写能够适用于多层电路结构的波概念迭代法通用程序。（3）开发波概念迭代法在多层电路方面的新应用。三、学术团队“计算物理学与应用”学科自2006年