Beräkningsfysik

Mål

Efter fullgjord kurs ska studenten kunna:

• förklara grundläggande begrepp och teorier inom beräkningsfysik baserade på både klassiska och kvantmekaniska metoder
• förklara huvudkomponenterna i de beräkningsprogram som används för att simulera material och för att finna numeriska lösningar till mångpartikelproblem i kvantmekaniken
• använda datorberäkningar och simuleringar för att förutsäga egenskaper hos material och molekylära system.

Innehåll

Kursen behandlar teori och praktiskt handhavande av datorsimuleringar av både klassiska och kvantmekaniska mångpartikelsystem. Kursen inleds med en översikt över den del av den statistiska mekaniken som ligger till grund för datorsimuleringar. Därefter introduceras simuleringsteknikerna Monte Carlo (MC) och molekyldynamik (MD). Kursen tar sedan upp MC-integration, viktsampling, Metropolis-algoritmen, integrering av rörelseekvationerna för mångpartikelsystem i MD, Verlets algoritm, MC och MD i olika ensembler. Kursen ger vidare en introduktion till variationskalkyl och kvantmekanik för mångpartikelsystem. Sedan härleds och diskuteras metoderna Hartree, Hartree-Fock och täthetsfunktionalteori, samt även ab-inito molekyldynamik. Kursen täcker grundläggande teori i dessa ämnen och översiktligt hur de implementeras i programvara för datorberäkningar, samt, några exempel på hur metoderna används. Kursen har datorlaborationer med praktiska övningar med programvaror för datorberäkningar där man genererar data och sedan analyserar och visualiserar resultatet.