Квантемол

Компания Quantemol Ltd базируется в Университетском колледже Лондона по инициативе профессора Джонатана Теннисона из FRS и доктора Дэниела Брауна в 2004 году. Первоначально компания разработала уникальный программный инструмент Quantemol-N , который обеспечивает полный доступ к сложным британским молекулярным кодам R-матрицы, используется для моделирования электронных взаимодействий многоатомных молекул. С тех пор компания Quantemol расширила свою деятельность до других типов моделирования с использованием плазмы и промышленных плазменных инструментов в Quantemol-VT в 2013 году и запустила в 2016 году устойчивую базу данных Quantemol-DB , представляющую химические и радиационные свойства переноса широкого спектра плазмы.

Квантемол-Н

Программная система Quantemol-N была разработана для упрощения использования кодов R-матрицы Великобритании . Он предоставляет интерфейс для неспециалистов для выполнения ab initio расчетов рассеяния электронов и молекул. Quantemol-N рассчитывает различные наблюдаемые явления для столкновений электронных молекул, в том числе:

• Эластичные сечения
• Сечения электронного возбуждения
• Скорость диссоциации электронного удара
• Резонансные параметры
• Расчет радиальной плотности заряда
• Сечения диссоциативного присоединения электронов
• Сечения ионизации
• Дифференциальные сечения
• Сечения передачи импульса
• Сечения колебательного возбуждения

Применимые моделирования

Квантемол-Н способен решить множество проблем;

• Молекулы с закрытой оболочкой
• Молекулы с открытой оболочкой и радикалы
• Нейтральные и положительно заряженные виды
• Молекулы до 17 атомов. ( Неопентан был успешно смоделирован, улучшения позволили увеличить количество атомов в будущем и быстро перейти к биомолекулам )

Точность

Исследование ключевой эталонной молекулы; воды, дал результаты более точные, чем полученные экспериментально ( Фор и др., 2004 ).

Экспериментально возникают проблемы с измерением больших сечений под малыми углами; это относится к любой молекуле с большим дипольным моментом. Поскольку это симуляция, для Quantemol-N это не проблема.

Соответствующие публикации

• Quantemol-N: экспертная система для расчета столкновений электронных молекул с использованием метода R-матрицы.

Джонатан Теннисон, Дэниел Б. Браун, Джеймс Дж. Манро, Ирина Розум, Хемаль Н. Варамбия и Наталья Винчи

Физический журнал : серия конференций 86, 012001 (2007)

дои: 1742-6596/86/1/012001

• Расчет данных сечений рассеяния электронов на HBr

Радмилович-Раденович М., Петрович З.Л.,

Польский физический журнал А , 117 (2010), 745-747

• Вращательное возбуждение молекулы моносульфида углерода (CS) электронным ударом

Варамбия Х.Н., Фор А., Граупнер К. и др.

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , 403 (2010), 1409–1412.

• Сечения рассеяния электронов на BF ₃

М. Радмилович-Радженович, Х. Н. Варамбия, М. Вранич, Дж. Теннисон, З. Лдж. Петрович.

Опубл. Астрон. Обс. Белград № 84 (2008), 57-60

• R-матричные расчеты столкновений низкоэнергетических электронов и алканов

Хемал Н. Варамбия, Джеймс Дж. Манро и Джонатан Теннисон

Международный журнал масс-спектрометрии , 271, 1-7 (2008).

• Столкновение электронов с молекулами HCN и HNC методом R-матрицы

Хемаль Н. Варамбия и Джонатан Теннисон

Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика , 40, 1211–1223 (2007).

• Инструмент открывает двери для квантового моделирования

29 марта 2005 г., Гарри Йейтс, Electronics Weekly.

• Quantemol-N от плазменного травления и лазеров до ионосферы Земли

15 марта 2005 г., Обзор III-Vs

Квантемол-ЭК

Quantemol-Electron Collisions — это программное обеспечение на основе Python, позволяющее рассчитывать сечения рассеяния электронов и молекул с использованием набора современных кодов R-матрицы (UKRMol+) и других методов, таких как модель бинарных встреч Бете (BEB), масштабирование BEF и оценка сечения диссоциативного присоединения электронов. Он был запущен в 2019 году, и его основными отличиями от Quantemol-N являются использование UKRMol+ вместо UKRMol и использование программного обеспечения Molpro для настройки молекулярных мишеней. Эти изменения привели к повышению точности расчетов и повышению удобства использования, поскольку оптимизация/генерация молекулярной геометрии и идентификация симметрии выполняются Molpro.

Quantemol-EC рассчитывает различные наблюдаемые явления для столкновений электронных молекул, включая:

• Эластичные сечения
• Сечения электронного возбуждения
• Сечения сверхэластичности/закалки/возбуждения
• Диссоциация электронным ударом (в зависимости от особенностей целевой молекулы)
• Скорость реакции рассеяния
• Параметры Аррениуса для скорости реакции
• Резонансные параметры
• Оцените диссоциативное присоединение электронов
• Дифференциальные сечения
• Сечения передачи импульса
• Ионизация электронным ударом при всех энергиях
• Сечения вращательного возбуждения

Применимые моделирования

Так же, как и Quantemol-N, Quantemol-EC можно использовать для молекул с закрытой и открытой оболочкой, радикалов, нейтральных и положительно заряженных частиц.

Соответствующие публикации

• Купер, Бриджит; Тудоровская, Мария; Мор, Себастьян; о'Хара, Аран; Ханичинец, Мартин; Дзарасова, Анна; Горфинкель, Химена; Бенда, Якуб; Машин, Зденек; Аль-Рефаи, Ахмед; Ноулз, Питер; Теннисон, Джонатан (2019). «Квантомольные электронные столкновения (QEC): расширенная экспертная система для выполнения расчетов столкновений электронных молекул с использованием метода R-матрицы» . Атомы . 7 (4): 97. Бибкод : 2019Atoms...7...97C . дои : 10.3390/atoms7040097 .
• Машин, Зденек; Бенда, Якуб; Горфинкель, Химена Д.; Харви, Алекс Г.; Теннисон, Джонатан (2020). «UKRmol+: Пакет для моделирования электронных процессов в молекулах, взаимодействующих с электронами, позитронами и фотонами, с использованием метода R-матрицы». Компьютерная физика. Коммуникации . 249 : 107092. arXiv : 1908.03018 . Бибкод : 2020CoPhC.24907092M . дои : 10.1016/j.cpc.2019.107092 . S2CID   199511040 .
• Вернер, Ханс-Иоахим; Ноулз, Питер Дж.; Книзия, Джеральд; Мэнби, Фредерик Р.; Шютц, Мартин (2012). «Молпро: универсальный пакет программ по квантовой химии». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука . 2 (2): 242–253. дои : 10.1002/wcms.82 . S2CID   94868368 .
• Теннисон, Джонатан (2010). «Расчеты столкновений электронов с молекулами методом R-матрицы». Отчеты по физике . 491 (2–3): 29–76. Бибкод : 2010ФР...491...29Т . doi : 10.1016/j.physrep.2010.02.001 .

Для резонанса подходит:

• Теннисон, Джонатан; Ноубл, Клифф Дж. (1984). «RESON — программа для обнаружения и подбора резонансов Брейта-Вигнера». Компьютерная физика. Коммуникации . 33 (4): 421–424. Бибкод : 1984CoPhC..33..421T . дои : 10.1016/0010-4655(84)90147-4 .

Для расчета присоединения электронов:

• Манро, Джеймс Дж.; Харрисон, Стивен; Фудзимото, Милтон М.; Теннисон, Джонатан (2012). «Диссоциативный прибор для оценки сечения присоединения электронов» . Физический журнал: серия конференций . 388 (1): 012013. Бибкод : 2012JPhCS.388a2013M . дои : 10.1088/1742-6596/388/1/012013 . S2CID   6265873 .

Для расчета модели Binary Encounter Bethe (BEB):

• Ким, Ён Ки; Радд, М. Юджин (1994). «Модель бинарного диполя для ионизации электронным ударом» . Физический обзор А. 50 (5): 3954–3967. Бибкод : 1994PhRvA..50.3954K . дои : 10.1103/physreva.50.3954 . ПМИД   9911367 .

Для расчета масштабирования BE-f:

• Ким, Ён Ки (2001). «Масштабирование борновских сечений плоских волн для возбуждения нейтральных атомов электронным ударом». Физический обзор А. 64 (3): 032713. Бибкод : 2001PhRvA..64c2713K . дои : 10.1103/physreva.64.032713 .

Квантемол-ВТ

Quantemol-Virtual Tool — это экспертная программная система для моделирования промышленных инструментов плазменной обработки. Q-VT основан на всесторонне проверенных кодах модели гибридного плазменного оборудования (HPEM), разработанных известным физиком плазмы профессором Марком Кушнером для моделирования неравновесных плазменных процессов низкого давления (до 1 Торр). Q-VT включает интуитивно понятный пользовательский интерфейс, возможности визуализации и анализа данных, а также удобное управление заданиями/пакетами.

Приложения включают в себя:

• Проектирование и разработка инструментов
• Моделирование химической кинетики разряда и уровня пластины
• Равномерность травления/осаждения модели
• Изучите эффекты наклона (при использовании с дополнительной моделью масштабного профиля, специально совместимой с программным обеспечением Synopsys)
• Моделирование пластин большого размера (12 дюймов и более)

Что может моделировать Q-VT:

• Изменение геометрии плазменного инструмента
• Улучшенная химия объема и поверхности
• Изменение ключевых переменных состояния плазмы при изменении параметров процесса
• Поток ионов на уровне пластины: функции энергетического/углового распределения ионов и потоки всех видов вдоль пластины
• Немаксвелловская электронная динамика
• Сложные электромагнитные взаимодействия с плазмой (токовые катушки, постоянные магниты, многочастотный источник питания, взаимодействие плазменных цепей)

Преимущества Q-VT

• Экспериментально проверенная система моделирования
• Экспериментально проверенная система моделирования, ориентированная на моделирование плазменных инструментов.
• Удобный инструментальный интерфейс
• Вместе с лицензией предоставляются наборы валидированных химических анализов плазмы и поперечных срезов.
• Примеры библиотек включают многочисленные камеры.
• Простой в использовании инструмент для рисования для проектирования и модификации камеры: может быть предоставлена ​​услуга по настройке моделирования инструмента.
• Способность моделировать сложные плазменные явления с помощью дополнительных модулей (перенос пыли/излучения, кинетика ионов, внешние цепи и т. д.)
• Многопроходная система управления для управления большим количеством симуляций
• Расширенная визуализация скалярных и векторных свойств плазмы в масштабе реактора
• Импорт экспериментальных результатов
• Возможность легко распределять и управлять заданиями в кластере.

Квантемол-ДБ

База данных Quantemol ( QDB или Quantemol-DB ) — это база данных плазменных процессов, разработанная Quantemol Ltd в Университетском колледже Лондона в 2016 году. База данных содержит химические данные для моделирования химии плазмы с использованием предварительно собранных и проверенных химических наборов и обновляется Quantemol. и участвующие пользователи. Рецензируемая статья с подробным описанием базы данных и сервиса была опубликована в 2017 году. Одним из наиболее сложных аспектов моделирования плазмы является недостаток химических данных. Цель QDB — предоставить форум для совместных усилий научных кругов и промышленных исследований для доступа, сравнения и улучшения понимания наборов плазмохимии, влияющих на поведение плазмы.

Подход к валидации

Принципы, установленные для валидации наборов химических анализов, заключаются в следующем:

1. Существует экспериментальное сравнительное тестирование из открытых источников (там, где они доступны), а также напрямую предоставлено промышленными партнерами (сотрудничающими в проекте Powerbase) и участниками баз данных.
2. Расчеты выполняются для ряда моделей, что отражает базовое качество входных данных (примеры моделей, используемых для проверки, включают HPEM, Global_Kin, ChemKin ).
3. Модели, используемые для получения данных, проверяются в каждом конкретном случае.
4. Численные неопределенности оцениваются количественно с помощью пороговых значений, установленных для проверки, где это возможно.

Эта методология специально применяется к атомным и молекулярным расчетам с использованием принципов, установленных в публикации «Оценки неопределенности теоретических атомных и молекулярных данных», которая была подготовлена ​​​​для Международного агентства по атомной энергии и сосредоточена на «данных, которые наиболее важны для высокотемпературных исследований». моделирование плазмы» с «конечной целью — разработать рекомендации по самопроверке вычислительной теории для A+M [атомных и молекулярных] процессов».

Признается, что, хотя непосредственная проверка наборов химических данных все еще может быть неопределенной, проверку данных, полученных с помощью моделей, использующих эти данные, часто будет легче получить.

Пользователям QDB предлагается проверять наборы химических характеристик либо напрямую, либо путем проверки результатов моделей, которые используют эти наборы химических характеристик в качестве входных данных. Валидация наборов химических веществ, представленных в базе данных, будет основана на принципах количественной оценки неопределенности для расчетов сложных систем.

Для химического моделирования закон масштабирования, основанный на исследовании параметров, является распространенной методологией такой проверки. Для более многомерного моделирования для сравнения будет использоваться поведение частиц и поверхности.

Ссылки предоставляются пользователям, загружающим химические наборы, чтобы гарантировать, что соответствующие ссылки на химические наборы и подтверждающие эксперименты включены и могут быть использованы для публикаций.

Проверка индивидуальных химических реакций

Коэффициенты скорости каждой реакции включены в утвержденный химический набор для аналогичного диапазона температуры и давления.

Основной метод проверки отдельных реакций сравнивается с альтернативными теоретическими расчетами/оценками и экспериментальными измерениями. Для неизвестных реакций используются разные методы расчета:

• Расчеты Quantemol-N (метод R-матрицы) для реакций рассеяния молекул электронов
• Закон масштабирования , математические методы оценки и мнение экспертов для оценки необходимых данных.
• Квантовая теория и теория переходного состояния для неизвестных реакций тяжелых частиц

Функция API

Интерфейс прикладного программирования (API) представляет собой набор протоколов и инструментов для связи базы данных с программным обеспечением для моделирования плазмы Quantemol-VT. API определяет, как компоненты программного обеспечения должны взаимодействовать, и API используются, когда химические процессы могут быть доступны в графическом пользовательском интерфейсе (GUI) программного обеспечения для моделирования плазмы.

Поверхностные процессы

В базе данных имеется библиотека коэффициентов прилипания атомарного кислорода, атомарного фтора, фторуглеродов и силановых радикалов. Для поверхностных механизмов, таких как специфическое травление, база данных предоставляет набор отдельных реакций с соответствующими вероятностями. Для энергозависимых реакций приведены формулы и значения используемых параметров.

Приложение динамической химии

Это приложение помогает собирать данные, которые уже есть в Quantemol-DB, относящиеся к исходным газам плазмы, и собирать новый химический набор и предпочтительный формат для загрузки или запуска глобальной модели или решателя Больцмана.

Глобальная модель

Глобальная онлайн-модель рассчитывает усредненные по реактору плотности частиц и температуру электронов для заданного набора параметров процесса в плазме. Модель решает уравнения:Баланс плотности частиц для тяжелых частицЗарядовая нейтральностьБаланс плотности энергии электронов

Выходные данные включают среднеобъемную плотность частиц и температуру электронов . С помощью приложения Dynamic Chemistry можно настроить расчеты как для предварительно собранных, так и для самостоятельно созданных химических наборов.

Подробную документацию можно найти здесь .

Решатель Больцмана

Решатель Больцмана основан на формализме, описанном в работе С.Д. Роквуда, « Упругие и неупругие сечения рассеяния электронов и ртути по данным переноса ртути», Physical Review A 8, 2348-2358 (1973) , и он был расширен до неоднородного энергетическая сеть.

Решающая программа рассчитывает ФРЭЭ, эффективную электронную температуру и коэффициенты скорости столкновений электронов в химическом наборе для выбранной температуры газа, подходящей для разрядов с немаквелловским распределением .

С помощью приложения Dynamic Chemistry можно настроить расчеты как для предварительно собранных, так и для самостоятельно созданных химических наборов.

Текущие наборы химии

Н 2 /Н 2	CF 4 /О 2	СН 4 /Н 2	Ar/NF 3 /O 2
Он	Около 2	С	№ 2
Ар/Н 2	SiH 4 /NH 3	Ар/О 2	CF 4 /H 2
Ar/Cu	КФ 4	Ар/NH 3	SiH 4 /Ar/O 2
СФ 6	СиХ 4	Cl 2 /O 2 /Ar	Он/О 2
С 2 Н 2 /Н 2	Ar/BCl 3 /Cl 2	С 4 Ж 8	СН 4 /NH 3
N 2 /H 2 /O 2 /CF 4	СН 4 /Н 2	HBr/CF 4 /CHF 3 /H 2 /Cl 2 O 2	С 2 Н 2 /NH 3
СФ 6 /CF 4 /О 2	Ar/O 2 /C 4 F 8	Ar/Cu/He	О 2 /Н 2
Ар/НФ 3	SF6 / O2	Ч 2	СФ 6 /CF 4 /N 2 /H 2

См. также

• CP2K
• ИГРА
• Гауссовский
• МОЛКАС
• MPQC
• СЗХим
• PQS
• Пси3
• Кью-Хим
• ТУРБОМОЛЬ
• Милость
• Глобальные массивы
• Компьютерные программы по квантовой химии

Внешние ссылки

• Официальный сайт Квантемола
• Quantemol-N: экспертная система для расчета столкновений электронных молекул с использованием метода R-матрицы.
• Расчет данных сечений рассеяния электронов на HBr
• Вращательное возбуждение молекулы моносульфида углерода (CS) электронным ударом
• Сечения рассеяния электронов на BF ₃
• R-матричные расчеты столкновений низкоэнергетических электронов и алканов
• Столкновение электронов с молекулами HCN и HNC методом R-матрицы
• Инструмент открывает двери для квантового моделирования
• Quantemol-N от плазменного травления и лазеров до ионосферы Земли
• Глобальное моделирование плазмы с использованием динамически генерируемых химических моделей.