Кіріспе
Кинетикалық Монте-Карло (KMC) әдісі - табиғатта болатын кейбір процестердің уақыт эволюциясын симуляциялау үшін жасалған Монте-Карло әдісі компьютерлік симуляциясы. Әдетте бұл мемлекеттер арасындағы белгілі ауысу жылдамдықтарымен болатын процестер. Бұл мөлшерлемелер KMC алгоритмінің кірісі екенін түсіну маңызды, әдістің өзі оларды болжауға болмайды. KMC әдісі негізінен динамикалық Монте-Карло әдісі мен Гиллеспи алгоритмімен бірдей.
Алгоритмдер
КМК алгоритмдерінің бір ықтимал жіктелуі - бас тарту КМК (rKMC) және бас тартусыз КМК (rfKMC).
Қалпына келтірілмейтін КМК
Кейбір процестер белгілі жылдамдықтармен r болуы мүмкін жүйелердің уақыт эволюциясын симуляциялау үшін жиі KMC деп аталатын rfKMC алгоритмін, мысалы, келесідей жазуға болады: және алгоритмдер арасындағы сандық салыстырулар ұсынылды.
Алгоритмге қатысты түсініктемелер
KMC алгоритмінің (және FRM алгоритмінің) негізгі қасиеті - егер жылдамдықтар дұрыс болса, егер жылдамдықтармен байланысты процестер Пуассон процесінің түрі болса және егер әртүрлі процестер тәуелсіз болса (яғни өзара байланысты емес), онда KMC алгоритмі симуляцияланған жүйенің эволюциясы үшін дұрыс уақыт шкаласын береді. rKMC алгоритмдерінің уақыт шкаласының дұрыстығы туралы кейбір пікірталастар болды, бірақ бұл да дұрыс екені қатаң түрде көрсетілді. бұл жағдайда нақты теңгерімді сақтаудың қажеті жоқ. rfKMC алгоритмі әрбір итерация ауысуды қамтамасыз ететіндігін білдіреді. Алайда, жоғарыда көрсетілген нысанда ол әр ауысу үшін операцияларды қажет етеді, бұл өте тиімді емес. Көптеген жағдайларда бұл бір түрдегі ауысуларды контейнерлерге бөле отырып және / немесе оқиғалардың ағаш деректері құрылымын құру арқылы жақсартылуы мүмкін. Осы типтегі тұрақты уақыт масштабтау алгоритмі жақында әзірленді және сынақтан өтті. rfKMC- нің басты кемшілігі - барлық ықтимал мөлшерлер мен реакциялар алдын ала белгілі болуы керек. Әдістің өзі оларды болжау үшін ештеңе істей алмайды. Ылдамдықтар мен реакциялар диффузиялық (немесе басқа) эксперименттер, молекулалық динамика немесе тығыздық функционалдық теориясы симуляциялары сияқты басқа әдістерден алынуы тиіс.
КМК сорттары
КМК әдісін нысандардың қалай қозғалатыны немесе реакциялардың қалай пайда болатыны бойынша бөлуге болады. Кем дегенде мынадай бөліністер қолданылады: "Латтикалық КМК" (LKMC) атомдық торда жүргізілген КМК-ны білдіреді. Көбінесе бұл сорт атомдық КМК (АКМК) деп аталады. Типтік мысал - қоспалардағы бос орынның диффузиясын модельдеу, онда бос орынның жергілікті элементтік құрамға байланысты мөлшерлермен тордың айналасында секіруге рұқсат етіледі. Объекттік КМК (ОКМК) - кездейсоқ немесе торға тән бағыттарда секіріп бара жатқан ақаулар мен кіршіктер үшін жүргізілетін КМК. Симуляцияға тек секіру объектілерінің орналасуы ғана қосылады, "арқалық" тор атомдарының емес. KMC негізгі қадамы - бір нысанды секіру. Оқиғалық КМК (EKMC) немесе бірінші өту КМК (FPKMC) - объектінің арасындағы келесі реакция (мысалы, екі кірпішті топтастыру немесе бос орынның интерстициалдық жойылуы) КМК алгоритмімен таңдалады, объектінің орналасуын ескере отырып, бұл оқиға дереу жүзеге асырылады.
Lattice KMC (LKMC) signifies KMC carried out on an atomic lattice. Often this variety is also called atomistic KMC, (AKMC). A typical example is simulation of vacancy diffusion in alloys, where a vacancy is allowed to jump around the lattice with rates that depend on the local elemental composition. Object KMC (OKMC) means KMC carried out for defects or impurities, which are jumping either in random or lattice specific directions. Only the positions of the jumping objects are included in the simulation, not those of the 'background' lattice atoms. The basic KMC step is one object jump. Event KMC (EKMC) or First passage KMC (FPKMC) signifies an OKMC variety where the following reaction between objects (e. g. clustering of two impurities or vacancy interstitial annihilation) is chosen with the KMC algorithm, taking the object positions into account, and this event is then immediately carried out.