В настоящее время, характеристики низкоразмерных систем, которые сложно и/или дорого исследовать экспериментально, благодаря развитию современной вычислительной техники и методов решения больших систем уравнений, можно получить с высокой точностью при расчете свойств веществ из первых принципов. 

В последние годы расчетный дизайн материалов, основанный на первых принципах квантово-механических методов, стал важным экономически эффективным инструментом для прогнозирования свойств веществ. В нашей работе мы используем компьютерное моделирование в VASP для исследования различных свойств кальций-фосфатных покрытий, сформированных на титане, Ti-Nb сплавов, а также полимерных материалов, применяемых в биомедицине. Использование теоретических прогнозов свойств материалов способны помочь снизить затраченные усилия, обычно возникающие при экспериментальном изучении веществ с помощью широкого комплекса методов (Рисунок 1). Основные темы, представленных на рисунке 1 направлений исследований сформулированы ниже:

·   Механизмы межатомного взаимодействия на границе раздела титан-кальций-фосфатное покрытие: первопринципное исследование;

·   Оценка закономерностей влияния микроструктуры на электрические свойства пьезоэлектрической керамики BCZT;

·   Структурные, электронные, упругие и пьезоэлектрические свойства поли(3-гидроксибутирата) (ПГБ): первопринципеное исследование;

·   Численное моделирование термодинамических и физико-механических свойств сплава системы Ti-Nb, Ti-Nb-Zr-Ta.

Программный пакет VASP представляет собой вычислительный комплекс для проведения компьютерного моделирования многоэлектронных систем атомных масштабов, применяемый для численного решения задач квантово-механической молекулярной динамики и расчётов, связанных с электронной структурой. В данном программном пакете применяется теория функционала плотности, которая является одним из самых эффективных и точных методов исследования электронных свойств низкоразмерных систем и наноструктур.

Advancements in modern computer technology and methods for solving large systems of equations have enabled accurate calculation of the properties of substances from first principles, even in low-dimensional systems that are challenging and/or expensive to study experimentally. Computational material design, based on the first principles of quantum mechanical methods, has become an important and cost-effective tool for predicting substance properties in recent years. Our work utilizes computer simulation in VASP to investigate various properties of calcium phosphate coatings on titanium, Ti-Nb alloys, and polymeric materials used in biomedicine. The use of theoretical predictions of material properties can reduce the effort typically involved in experimental study of substances using a wide range of methods (Figure 1). The main topics presented in Figure 1 of our research are formulated below:

• First-principles research on mechanisms of interatomic interaction at the interface of titanium-calcium-phosphate coatings;

• Correlation between the microstructure and the electrical properties of piezoelectric ceramics BCZT;

• First-principles research on structural, electronic, elastic, and piezoelectric properties of poly(3-hydroxybutyrate) (PHB);

• Numerical modeling of thermodynamic and physico-mechanical properties of Ti-Nb, Ti-Nb-Zr-Ta alloy.

The VASP software package is a computing complex used for the computer simulation of multielectron systems of atomic scales. It is used for numerical solutions of problems of quantum mechanical molecular dynamics and calculations related to electronic structure. The software package employs density functional theory, which is one of the most efficient and accurate methods for studying the electronic properties of low-dimensional systems and nanostructures.

Грубова И.Ю., к.ф.-м.н., снс НИЦ ФМКМ, ИШХБМТ;

Апанасевич Андрей Игоревич, бакалавр 3 года ОЭФ, ИЯТШ;

Дурягин Виктор Игоревич, бакалавр 3 года ОЭФ, ИЯТШ.