لقد أصبحت نمذجة الأنساق عنصرًا أساسيًا من عناصر فيزياء المواد. فدراسة ظاهرة فيزيائية ما لم تعد تنحصر على القيام بالتجربة، وتحليل نتائجها، أو وضع نظرية؛ لشرحها، بل أصبحت المحاكاة الرقمية عنصرًا أساسيًا في شرح الظواهر الفيزيائية، بحيث أصبح من الممكن بواسطة هذه النمذجة الرقمية التنبؤ بنتائج تجربة ما بدقة كبيرة، إذ يمكن استخراج الخواص الميكانيكية والضوئية والإلكترونية، أو الكيميائية للمادة من الحاسوب؛ مما يسمح بتوجيه التجارب، وتطويرها. وعلى الرغم من تطور تقنيات الحواسيب وتعدد شبكاتها التي تغطي العالم، فإن التجارب الرقمية على المواد الماكروسكوبية تبقى بعيدة المنال، بل مستحيلة، حيث إن ميكروناً مكعبا من المادة يحتوي على مليار ذرة. ويجب نمذجتها خلال عدة ثوان.

وتسمح النمذجة والتجارب الرقمية بدراسة الأجسام المتناهية في الصغر. ومن مميزات السلم النانومتري أن الطبيعة الكمية والفيزياء الكيميائية للأجسام، وكذلك وجهات أجهزة القياس تؤدي إلى ترجرج داخلي للخواص الفيزيائية المقاسة. ولرفع رهانات النمذجة والتجارب الرقمية في هذا السلم يجب تطوير مقاربات رقمية مبدعة، بحيث تكون مبنية على الدقة الذرية، وعلى واقعية الأجسام والتجهيزات التي نريد تمثيلها أنساق بعدد كبير من الذرات. وعلى وجه الخصوص في الأجسام غير المتجانسة، أو المترجرجة الناتجة عن التجهيزات المتناهية في الصغر، والتي تنتج وظائف جديدة. وللبناء البلوري دور مهم في بنية الأجسام المتناهية في الصغر. ويمكن القيام بتجارب رقمية في هذا الميدان. ومن أهم المقاربات الدينامكية الجزيئية (Molecular Dynamics)، وطريقة (Monte Carlo). والتجارب الرقمية في إطار الدينامكية الجزيئية تسمح باستخراج أهم البارمترات في بناء البلورات، مثل: معامل الانتشار، وطاقة اجتياز الحواجز، وتتبع الدينامكية الجزيئية بكونها دينامكية تحديدية حسب معادلات نيوتن الكلاسيكية. وهكذا يمكن تتبع حركة كل جزيء أثناء البناء البلوري للمادة ⁽³¹⁾.

____________________________________________________

هوامش

(31) Ahadi, Z and Shadman, M. Monte-Carlo Simulation of Hydrogen Adsorption in Single-Wall Carbon Nano- Cones. Int. Nano Lett., Vol.1, No.1, 2011, 25-29.