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TheNutsandBoltsof
First-PrinciplesSimulation
1:ComputationalMaterials
Science:anOverview
Durham,6th-13thDecember2001
CASTEPDevelopers’Group
withsupportfromtheESFkNetwork
Outline
rWhatwouldweliketoachieve?
rLengthscalesandtimescales
rTechniques
rDislocations
rAimoffirstprinciplescalculations
rThedensityfunctionaltheoryplanewave
pseudopotentialapproach
rSurfacediffusiononaluminium
rZeoliteacidcatalysts
NutsandBolts2001Lecture1:ComputationalMaterialsScience2
Whatwouldweliketoachieve?
rComputersgetcheaperandmorepowerful
everyyear.
rExperimentstendtogetmoreexpensiveeach
year.
rIFcomputersimulationoffersacceptable
accuracythenatsomepointitshouldbecome
cheaperthanexperiment.
rThishasalreadyoccurredinmanybranches
ofscienceandengineering.
rIsitpossibletoachievethisformaterials
modelling?(Physics,chemistry,biology..)
NutsandBolts2001Lecture1:ComputationalMaterialsScience3
Lengthscales
rMaterialsmodellingcandescribemany
thingsfromtheatomicscaletoentire
engineeringcomponents.
rThiscoverslengthscalesfromÅngstromsto
manymetres-arangeof1012.
rThisrangeoflengthscalesencompassesafew
atomsto1036atoms!
NutsandBolts2001Lecture1:ComputationalMaterialsScience4
Timescales
rThetimescalesofinterestinmaterials
modellingrangefromtheatomictimescale-
oftheorderof10-12seconds,tothelifetimeof
amaterial,forageologicalspecimenthis
couldbemillions
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