Многомасштабное моделирование — подход к вычислительному изучению физических систем, включающий несколько уровней описания, от атомистического до макроскопического. В нанофизике это позволяет учитывать детальную структуру и одновременно получать общие свойства системы.
Позволяет объединить квантово-механические методы (например, плотностно-функциональную теорию, DFT) с молекулярной динамикой (MD) и моделями микромагнетики.
Учитывает влияние структурных, электронных и магнитных особенностей на разных масштабах.
На этом уровне описываются взаимодействия атомов, электронные структуры и локальные магнитные моменты.
Методы: DFT, методы первого принципа, MD.
Позволяют вычислить параметры обменных взаимодействий, магнитных анизотропий и локальных магнитных моментов.
Высокая точность, но высокая вычислительная стоимость и ограниченность по размерам моделируемых систем.
Используется для моделирования ансамблей наночастиц или сложных магнитных структур.
Применяются модели микромагнетики, где магнитное состояние описывается полем намагниченности, зависящим от координат.
Учет взаимодействий, тепловых флуктуаций, внешних полей.
Возможна интеграция с методами Монте-Карло для статистического анализа.
На этом уровне используются эффективные модели для описания коллективных эффектов и масштабных магнитных процессов.
Методы спиновых решеток, кинетических уравнений и др.
Позволяют изучать динамику магнитных доменов, релаксацию и фазовые переходы.
Ключевая задача — передача параметров и результатов между уровнями моделирования, например, вычисленные на атомистическом уровне параметры используются в микромагнитных расчетах.
Необходим баланс между точностью и вычислительной эффективностью.
Разработка универсальных методов сопряжения разных масштабов — активное направление исследований.
Расчет магнитной анизотропии в наночастицах с учетом атомистических дефектов.
Моделирование динамики сверхпарамагнитных частиц под воздействием внешнего магнитного поля.
Анализ влияния межчастичных взаимодействий в нанокомпозитах.
Ключевые моменты для понимания магнитных свойств и многомасштабного моделирования наночастиц: