Kristal Büyümesini Simüle Etmek için Kullanılan Rastgelelik Modeli
Bu model, çeşitli malzeme türleri için kristal morfolojisi ve yüzey topolojisi için deneysel sonuçları çoğaltabilir ve tahmin edebilir.
Bilim insanları kristal büyümesini incelemek için bir yazılım geliştirdi. CrystalGrower adlı bu ürün, sadece kristal yapısını değil, aynı zamanda değişken süper doygunluk veya denge koşulları altında herhangi bir kristal yapının nanoskopik yüzey topografyasını modellemek için Monte Carlo simülasyonlarını kullanır.
Kristallerin biçimi, işlevsellikleri için önemlidir. Bu yüzden bilim insanları yüzyıllardır kristallerin farklı koşullar altında nasıl büyüdüğünü inceliyorlar. Daha yakın zamanlarda, atomik kuvvet mikroskobu gibi teknikler, kullanıcıların kristallerini nanoskopik yüzeyini incelemelerine izin vermiştir.
Bu çalışmalardan kristallerin, onları çok iyi tanımlanmış pozisyonlarda tutulmasını sağlayan moleküller ile organize edildiğini biliyoruz. Bunu başarmak için, kristaller büyüdükçe farklı molekülleri kabul edebilir ve reddedebilir. İngiltere’de Manchester Üniversitesi’nden Mike Anderson “Ancak bu, bağlanma enerjilerinin, çok küçük olması gerektiği anlamına geliyor, bu yüzden hesaplanması çok zor” diyor.
Anderson, meslektaşı James Gebbie-Rayet ile birlikte, CrystalGrower için gereken kodu oluşturmak için bu küçük bağlanma enerjilerine çok duyarlı olan kristallerin nanoskopik yüzeyi hakkındaki bilgileri kullandı. Yazılım, türlerin büyüme veya çözünmesinin komşuları üzerindeki etkisiyle birlikte büyüme birimlerinin kristalizasyonunun serbest enerjisini hesaplar. İstatistiksel şansı da hesaba katan bu Monte Carlo algoritması, yazılımın büyüme veya çözülme için tercih edilen siteleri seçmesini sağlar.
Manchester’daki meslektaşları Adam Hill ve Mollie Trueman, yazılım için kullanıcı dostu bir arayüz ve sonuçları görüntülemek için bir görselleştirme paketi tasarladı. Kristal büyümesinin sonucunu anlamak veya kontrol etmek isteyen herkes, artık birçok kristalografik veri tabanından indirilebilen yapı dosyalarını girerek kodu kullanabilir. Anderson, “Sadece teorik kimyagerler tarafından değil, laboratuvardaki insanlar tarafından da kullanılabilir. Umarım bu sonuç bir eğitim aracı olarak da kullanılır” diyor.
Penn State Üniversitesi’nde sıvı-katı arayüzlerin atomik ölçekli simülasyonları üzerine araştırmalar yapan Kristen Fichthorn , “Kristaller, son derece karmaşık ve düzensiz kimyasal bir tür karışımdan çözelti içinde büyüyor, ancak güzel simetriler ve iyi tanımlanmış morfolojilerle ortaya çıkıyorlar. CrystalGrower’da, bu karmaşıklık temel öğelerine indirgenmiştir ve sonuç, kristal büyümesi içermeyen enerjiler için birkaç değere dayalı olarak çözelti içinde büyütülen çeşitli farklı kristallerin morfolojilerini aslına sadık kalarak oluşturabilen hoş bir yazılım paketidir” diyor.
Geleceği öngören ekip, CrystalGrower’ı kullanıcıların daha fazla kristal kusuru eklemesine izin verecek şekilde genişletmek istiyor. Yazılım şu anda kristallerde yapı bozukluklarının ve iç nokta kusurlarının dahil edilmesine izin vermektedir. Bu kusurlar kristal işlevselliği için kritik önem taşıdığından, bunları önlemeye veya tasarlamaya yardımcı olacak bir araca sahip olmak, kristallerin endüstriyel üretimini iyileştirmek için önemli sonuçlara sahip olabilir.
Kaynak: chemistryworld.com
