An energy-stable parametric finite element method for simulating solid-state dewetting
本文提出了一种能量稳定的参数有限元法（ES-PFEM），通过锐界面模型模拟二维固态薄膜的去湿过程，该模型考虑了表面扩散和接触线（点）迁移以及适当的边界条件。通过将松弛接触角条件转化为Robin型边界条件，再将其作为自然边界条件处理，得到了一种新的变分形式，其中界面曲线及其接触点同时演化.然后，利用分段线性元将变分问题在空间离散化。在时间上采用向后欧拉法进行全离散，并证明了全离散的适定性和能量耗散性。数值方法是半隐式的（即，在每个时间步处求解的线性系，因此是有效的），相对于时间步是无条件能量稳定的，并且在空间上是二阶的，通过两条曲线之间的流形距离来测量。此外，当溶液达到其平衡时，它证明了均匀的网格分布，即，长期动力学数值结果表明，所提出的数值方法的精度和效率以及一些良好的性能。
2020-06-05 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Quantum Implementation of Unitary Coupled Cluster for Simulating Molecular Electronic Structure
在经典计算化学中，耦合团簇分析是最常用的$ab~initio$方法之一，但由于其非幺正性，严重限制了它的应用。酉修正作为一个理想的解决方案的问题，然而，在经典的常规计算是非常低效的。在这里，我们提供了第一个实验证据，确实是在物理量子系统，一个被困的离子系统的耦合集群animation的幺正版本可以可靠地执行。本文对分子离子HeH $^+$的电子结构进行了模拟，探测了基态能面曲线，研究了激发态的能量，并对键离解进行了非微扰模拟。我们的模拟利用量子计算的优点，克服了经典计算的固有局限性，实验结果表明，该方法在制备分子基态量子模拟中具有良好的应用前景.
2016-11-25 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Pairing-based graph neural network for simulating quantum materials
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
提出基于配对的图神经网络增强BCS型波函数，通过变分蒙特卡洛方法准确模拟多电子系统，成功预测二维半导体电子-空穴双层中的多种相互作用诱导相。
2023-11-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el cs.LG
Continuous wave approach for simulating Ferromagnetic Resonance in nanosized elements
提出了一种利用微磁学有限差分法模拟微米和纳米磁性元件铁磁共振的数值方法。除了静态磁场外，还利用线性极化振荡磁场来激发和分析铁磁共振在空间和时间域中观察到的自旋波激发。我们的连续波方法（CW）提供了一种替代常用的模拟方法，该方法使用磁系统的脉冲激励。它直接模拟传统的FMR实验，并允许确定复杂的动态磁化率的实部和虚部，而不需要后处理。此外，不仅共振场，而且线宽，椭圆率，相位关系和相对强度的激发自旋波模式在光谱中可以确定和比较的实验数据。磁响应可以被绘制为空间维度的函数，从而产生自旋波模式的详细可视化以及它们作为外部磁场和频率的函数的定位。这是说明的情况下，磁性微米尺寸的条纹。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Simulating electron energy-loss spectroscopy and cathodoluminescence for particles in arbitrary host medium using the discrete dipole approximation
电子能量损失谱（EELS）和阴极发光（CL）是表征纳米颗粒的广泛使用的实验技术。离散偶极子近似（DDA）是一种数值精确的方法，用于模拟电磁波与任意形状和内部结构的粒子相互作用。在这项工作中，我们扩展的DDA模拟EELS和CL嵌入到任意（甚至吸收）无界主机介质的粒子。后者包括稠密介质的情况，支持电子的切伦科夫辐射，这在EELS模拟中从未被考虑过。我们建立了一个严格的理论框架的基础上的体积积分方程，最终的表达式在开源软件包ADDA中实现。这种实现符合Lorenz-Mie理论和边界元方法在真空和中等密度的主介质中的球体。它成功地再现了已发表的实验颗粒封装在有限的基板。后者显示为中等密度和切伦科夫的情况下-金纳米棒在$\text{SiO}_{\text{2}}$和银球在$\text{SiN}_{\text{x}}$分别。
2022-08-02 physics.comp-ph physics.optics
Simulating real-time molecular electron dynamics efficiently using the time-dependent density matrix renormalization group
该研究探讨了含时密度矩阵重正化群（TDDMRG）模拟参数的收敛行为，提出了优化动力学的轨道选择方法，并成功应用于糠醛电荷迁移动力学，揭示了亚飞秒时间尺度的电离态转换。
2024-11-13 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Simulating decoherence of two coupled spins using the generalized cluster correlation expansion
Northeastern University（东北大学）；University of Florida（佛罗里达大学）
本研究利用gCCE方法模拟两个耦合自旋在核浴中的退相干，分析不同参数对相干时间的影响并提出最优条件。
2026-01-07 physics.comp-ph quant-ph
Simulating Spin-Orbit Coupling With Quasidegenerate N-Electron Valence Perturbation Theory
本文首次在完全内收缩的二阶准生N电子价微扰理论（SO-QDNEVPT 2）中实现了自旋-轨道耦合效应。的SO-QDNEVPT 2的方法，使基态和激发态能量和振子强度的计算相结合的静态电子相关的动态相关和自旋轨道耦合的有效治疗的描述。除了SO-QDNEVPT 2在两分量Breit-Pauli哈密顿量水平上对单体和两体自旋轨道相互作用进行了完整描述外，我们的实现还具有一个简化的方法，该方法利用了自旋轨道平均场近似（SOMF-QDNEVPT 2）。这些方法的准确性进行了测试的第14和16族，3D和4D过渡金属离子，和两个锕系元素二氧化物（镎和plutonyl dications）。用SO-QDNEVPT 2和SOMF-QDNEVPT 2计算了第14和16族分子的零场分裂，结果与已有的实验数据符合得很好.对于3d过渡金属离子，SO-QDNEVPT 2方法比SOMF-QDNEVPT 2方法更准确，而对于4d离子，两种方法的性能没有实质性差异。最后，我们证明，对于锕系二氧化物的SO-QDNEVPT 2和SOMF-QDNEVPT 2的结果是在一个很好的协议，从以前的理论研究这些系统的数据。总的来说，我们的研究结果表明，SO-QDNEVPT 2和SOMF-QDNEVPT 2是有前途的多参考方法治疗自旋轨道耦合与一个相对较低的计算成本。
2023-01-03 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Simulating Plasmon Resonances of Gold Nanoparticles with Bipyramidal Shapes by Boundary Element Methods
金纳米双吡咯（GNBs）是一类具有高度可调的、依赖于几何结构的光学性质的金属纳米颗粒，本文报道了其局域表面等离子体共振（LSPR）吸收特性的计算建模和精确模拟。GNB双锥模型与球形尖端在再现实验LSPR光谱表现最好，而与其他几何模型的比较提供了一个基本的理解的基础形状和尖端效应的光学性质的GNB。我们的研究结果表明，平均所有的几何参数确定的透射电子显微镜图像，以建立有代表性的GNBs模型的重要性。通过评估基于准静态近似的LSPR吸收光谱模拟的性能，我们提供了这种方法作为纳米颗粒尺寸的函数的适用范围，为基于GNB的纳米杂化系统中分子电子密度和金属纳米颗粒之间的耦合的理论研究铺平了道路，在生物成像，光学和纳米材料的设计中具有潜在的应用。
2020-10-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Simulating Thin Sheets: Buckling, Wrinkling, Folding and Growth
薄板大变形的数值模拟在计算上具有挑战性。根据情况，它们可能会自发地弯曲、起皱、折叠或起皱。自然界的薄组织经常经历显著的各向异性生长，这可以作为这种不稳定性的驱动力。我们使用一个最近开发的有限元模型来模拟各种丰富的非线性响应的Kirchhoff-Love片。该模型使用细分表面形状函数，以保证收敛的方法，并允许在经典的瑞利-里兹形式主义的各向异性增长片的有限元描述。我们说明了这种方法的巨大潜力，通过模拟充气气囊，屈曲的拉伸圆柱体，以及在自由边界的皱纹的形成和缩放的增长表。最后，我们比较了空间受限片在生长约束和收缩约束下的折叠过程，发现这两个过程是等价的。
2015-07-31 cond-mat.soft physics.comp-ph
Multi-reference quantum chemistry protocol for simulating autoionization spectra: Test of ionization continuum models for the neon atom
在这方面的贡献，我们提出了一个协议，以评估部分和总俄歇衰变率结合的限制活性空间自洽场电子结构方法的束缚部分的光谱和数值获得的连续轨道在单通道散射理论框架。在此基础上，采用两步图来评估部分比率。该方法的性能是例示的原型俄歇衰变的氖$1s^{-1}3p$共振。不同的近似获得的连续轨道，部分率矩阵元素，和电子结构的约束部分进行测试对理论和实验参考数据。它表明，部分和总速率是最敏感的连续轨道的准确性。例如，为了确定连续波函数，必须考虑离子的直接库仑势。俄歇能可以用相当小的活动空间很好地再现。最后，展望了该协议的应用分子系统进行了讨论。
2019-08-27 physics.chem-ph physics.comp-ph
An Accessible Method for Simulating Charged-Particle Optics, with Examples for Transmission Electron Microscopy
透射电子显微镜（TEM）已成为纳米科学、材料科学和生物学创新的重要工具。尽管这些仪器在工业界和学术界广泛使用，但由于仪器的购买价格昂贵，担心服务合同无效，或者在共享用户设施中不可接受的停机时间，学术界可能会犹豫是否对光学设置进行实质性修改。同样，对于工业中的工具，风险-回报平衡使实质性修改站不住脚。这限制了全新的光学几何结构的发展，并且TEM的性能在很大程度上取决于物镜极片的规格，探索新颖的设计可能是有价值的。或者，可以使用有限元分析多物理场模拟包快速且廉价地分析潜在的透镜设计。有几个可用的，但这里使用的是COMSOL Multiphysics，这在许多大学都很容易获得。透镜的几何形状或材料的变化可以在不需要拆卸、重新组装和重新对准TEM柱的情况下进行研究。在这里，我们展示了一种直观和方便的方法来模拟带电粒子光学使用这种“数字孪生”的方法，希望这鼓励新的创造性和可持续的基层创新TEM透镜设计和显微镜修改。
2022-12-06 physics.comp-ph physics.ins-det
The Generalized Green's function Cluster Expansion: A Python package for simulating polarons
本文介绍了一个Python包，实现了广义格林函数簇展开（GGCE）方法，用于高效模拟极化子（电子-声子耦合系统）的基态性质和动力学，支持多种耦合类型和任意温度，可在笔记本或并行环境下运行。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Simulating moiré quantum matter with neural network
本文提出多体神经布洛赫波函数，用于高效准确求解莫尔材料的多电子问题，并在WSe2/WS2中模拟出多种量子相，提升了强关联莫尔材料的模拟精度。
2024-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el physics.comp-ph
A multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for simulating incompressible axisymmetric thermal flows in porous media
本文提出了一种多弛豫时间（MRT）格子Boltzmann（LB）模型，在代表性基本体积（REV）尺度下模拟多孔介质中不可压缩轴对称热流。在该模型中，除了D2 Q5 LB方程的温度场，提出了一个D2 Q9 MRT-LB方程求解流场。该模型的源项简单，不含速度和温度梯度项。通过对MRT-LB模型在矩空间的Chapman-Enskog分析，正确地恢复了多孔介质轴对称流动的广义轴对称纳维-斯托克斯方程。通过对几个典型的轴对称多孔介质热问题的数值模拟，验证了该模型的有效性。数值结果与文献报道的数据吻合较好，证明了本文提出的MRT-LB模型模拟多孔介质轴对称热流的有效性和准确性。
2016-03-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A finite element method for modelling electromechanical wave propagation in anisotropic piezoelectric media
我们描述和评估的数值解策略模拟表面声波通过具有复杂几何形状的半导体器件。这个多物理问题与量子电子器件的设计特别相关。该数学模型包括两个耦合的偏微分方程的弹性波传播和电场，分别在各向异性压电介质。这些方程在空间上用有限元法离散，在时间上用有限差分法离散。后者的方法产生一个方便的数值解耦的控制方程。我们描述了如何利用计算机实现的解耦，并通过面向对象的编程技术重用独立的代码的泊松方程和线性时变弹性方程。首先，我们将模拟器应用到一个简化的模型问题，用于验证实施，此后，我们表明，该方法能够模拟现实世界的情况下，从纳米技术，涉及表面声波的几何非平凡的设备制成的砷化镓。
2006-04-06 physics.comp-ph
Implementation of the H-$ϕ$ formulation in COMSOL Multiphysics for simulating the magnetization of bulk superconductors and comparison with the H-formulation
H公式被广泛用于高温超导体的模拟，它是一种非常通用且易于实现的方法，可以模拟涉及超导材料的电磁现象。然而，在无电流域中模拟全矢量场不必要地增加了模型的自由度，从而增加了计算时间。在这方面的贡献，我们实现了众所周知的H-$ϕ$制定COMSOL Multiphysics为了比较的H和H-$ϕ$配方的计算的背景下，大块超导体的磁化的数值性能。我们表明，H-$ϕ$制定可以减少自由度的数量和计算时间的近一个因素的两个给定的相对误差。证明了用这两种制剂获得的磁场的准确度是相似的。计算的H-$ϕ$制定的好处被证明远远超过其实施所增加的复杂性，特别是在3-D。最后，我们确定H和H-$ϕ$配方的理想元素顺序是四次在2-D和立方在3-D，对应于最高的元素顺序在COMSOL中实现。
2020-11-04 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.comp-ph
Multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for simulating double-diffusive convection in fluid-saturated porous media
多孔介质中的双扩散对流是自然界中普遍存在的现象，在工程应用中得到了广泛的关注。本文提出了一种多弛豫时间格子Boltzmann模型，用于模拟多孔介质中典型单元体积尺度下的双扩散对流。MRT-LB模型是在三重分布函数方法的框架下构建的：速度场、温度场和浓度场分别由三个不同的MRT-LB方程求解。目前的模式有两个显著特点。首先，对温度和浓度分布的平衡矩进行了修正，使有效热扩散率和热容比以及有效质量扩散率和孔隙率解耦。这个特性在实际应用中非常有用。其次，在温度场和浓度场的MRT-LB方程中加入源项，恢复宏观温度场和浓度场方程。数值试验表明，该模型是模拟多孔介质双扩散对流的一种准确、有效的数值方法。
2017-08-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Maxwell-Hydrodynamic Model for Simulating Nonlinear Terahertz Generation from Plasmonic Metasurfaces
本文提出一种时域流体动力学模型，用于模拟等离子体超材料的线性和非线性响应，通过并行FDTD方法验证了该模型在太赫兹发射中的应用。
2017-09-18 cond-mat.mes-hall cs.NA math.NA
udkm1Dsim -- A Python toolbox for simulating 1D ultrafast dynamics in condensed matter
udkm1Dsim工具箱是Python类和例程的集合，用于模拟激光激发后的热、结构和磁动力学以及一维样品结构中相应的X射线散射响应。该工具箱提供了在原子级上定义任意分层结构的功能，包括元素特定物理属性的丰富数据库。动力学的激发由超快物理中常用的$N$-温度模型表示。由于热应力的结构动力学计算的质量和弹簧的线性链模型。具体的磁动力学的实现可以很容易地完成由用户采用广义磁化接口类。所得到的X射线衍射响应是通过运动学或动态X射线理论计算的，该理论还可以包括偏振相关的磁散射。udkm1Dsim工具箱是高度模块化的，允许在仿真过程中的任何步骤注入用户定义的输入。
2021-02-25 cond-mat.other physics.comp-ph
Warm dense matter simulation via electron temperature dependent deep potential molecular dynamics
模拟温暖的致密物质，经历了广泛的温度和密度是具有挑战性的。预测理论模型，如基于量子力学的第一性原理分子动力学（FPMD），需要大量的计算资源。在此，我们提出了一种基于深度学习的方案，称为电子温度相关的深势分子动力学（TDDPMD），用于有效地模拟温暖的致密物质与FPMD的准确性。TDDPMD模拟比FPMD快几个数量级，并且与FPMD不同，其效率不受电子温度的影响。我们应用TDDPMD计划铍（Be）在很宽的温度范围（0.4至2500 eV）和密度（3.50至8.25 g/cm $^3$）。我们的研究结果表明，TDDPMD方法不仅准确地再现了沿主Hugoniot曲线在FPMD水平的Be的结构特性，但也产生更可靠的扩散系数比典型的FPMD模拟，由于其能够模拟更大的系统与更长的时间。
2019-08-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.other physics.comp-ph
