در این پایان نامه مدل شبکه ای بولتزمن که اغلب در شبیه سازی سیالات بکار رفته اند ، بطور مفصل بحث شده و به عنوان یک روش جدید برای شبیه سازی تولید و انتشار امواج الکترومغناطیسی معرفی می شود. پدیده امواج الکترومغناطیسی، یکی از مهم ترین پدیده های فیزیکی بوده و کاربرد فراوانی در فیزیک دارند. بنابه طبیعت مدل شبکه ای بولتزمن در توصیف مسائل با شرایط مرزی پیچیده و نیز به دلیل اینکه امکان پیاده سازی محاسبات موازی در این روش وجود دارد ، این روش ابزار عددی مناسبی برای بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی بشمار می رود.

امروزه داروهای ضد صرع از جمله داروهایی هستندکه مورد توجه زیادی واقع شده اند. در این پایان نامه به مطالعه ی داروی لاموتریژن که نوعی داروی ضد صرع می باشد، توسط نظریه تابعیت چگالی و شبیه سازی دینامیک مولکولی پرداخته شده است. پارامترهای میدان نیروی متعلق به این دارو برای اولین بار محاسبه شده است. برای رسیدن به پارامترهای میدان نیروی مورد نظر از طریق نظریه تابعیت چگالی از نر م افزارg09 استفاده شده است. سپس برهم کنش این دارو با بخشی از گیرنده ی آن در بدن با استفاده از نر م افزارnamd شبیه سازی شده است. نمایش و تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی با استفاده از نر م افزارvmd انجام گرفته است. نتایج حاصل از کار می توانند برای پزشکان، داروسازان، شیمیدانان و زیست شناسان بسیار مفید باشند.

در این کار پژوهشی اطلاعات ساختاری (طول و زاویه پیوندها) و انرژی ساختار تعادلی و خواص الکتریکی(انرژی، شکل و گسترش فضایی اوربیتالهای مولکولی humo و lumo و بارهای الکتریکی جزئی روی اتمهای موجود در مولکولهای نانو الماس واره شامل: آدامانتان، آمانتادین، ممانتین و نیتروآدامانتان ) محاسبه شده اند. محاسبات ساختارهای الکترونی با استفاده از روش dft انجام شد و آنالیز بار با استفاده از دو روش مولیکن و تانسور قطبی اتمی(apt) برای مولکولهای مذکور بدست آمدند. به دلیل کاربرد گسترده نانو الماس واره های مورد مطالعه در این پایان نامه در نانوفناوری، پیش بینی عملیاتی بودن سنتز این مولکولها باعث صرفه جویی در وقت و هزینه خواهد شد. بنابراین در این کار پژوهشی تجمع و خصوصیات ساختاری از جمله تابع توزیع شعاعی(rdf)، چگالی و انرژی سیستمهای مربوط به نانو?الماس واره ها مذکور با استفاده از روشهای شبیه سازی دینامیک مولکولی و مونت کارلو تعیین گردید. گذار فازی در مورد مولکولهای نیتروآدامانتان و ممانتین با استفاده از روش دینامیک مولکولی به روش آنیلینگ دمایی بررسی گردید. با استفاده از نتایج حاصل از این شبیه سازی دمای ذوب، جوش، حالت تعادلی و فازی این ترکیبات در شرایط دمایی و فشار استاندارد تخمین زده شد. از شبیه سازی مونت کارلو برای بررسی گذار فازی در مورد آدامانتان و آمانتادین علاوه بر مولکولهای نیتروآدامانتان و ممانتین استفاده شد. در نهایت نتایج حاصل از شبیه سازی مونت کارلو با نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی که منجر به تعیین نوع فاز مولکول در دما و فشار محیط شده است، مقایسه و صحت فاز مورد بررسی تأیید گردید. نتایج حاصل از هر دو روش شبیه سازی در مورد خود تجمعی مولکولهای مورد مطالعه کاملاً یکدیگر را تأیید می کنند و مطابقت خوبی با نتایج گزارش شده در منابع علمی دارد.

کانال های یونی بیولوژیکی نقش مهمی را در بسیاری از پدیده های انتقال در بافت های سلولی بازی می کند. همچنین نمک زدایی آب دریا و آبهای بدمزه به دلیل کمبود منایع آب شیرین در جهان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار شده است. لذا در این کار تحقیقاتی ساختار کانال های یونی و سیستم های نمک زدایی آب مورد توجه قرار گرفته است و عبور انتخابی و قابل کنترل یون ها از میان نانولوله های کربنی و بورنیتریدی با استفاده از تئوری تابع چگالی و شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم های شبیه سازی شده شامل یک نانولوله کربنی یا بورنیتریدی قرار گرفته در داخل یک غشاء است که در محلول یونی غوطه ور شده است. ساختار آب در داخل نانولوله آنالیز شده است و زمان بازداری یون، تابع توزیع شعاعی و سرعت انتقال نرمال شده آب نسبت به تعداد یون های عبوری محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که عبور یون ها از طریق نانولوله ها وابسته به قطر نانولوله های انتخاب شده است. علاوه بر این، ارتباط بین دما و فشار با عبور مولکول های اب از طریق نانولوله ها مورد بررسی قرار گرفته است. در بخشی دیگر، مولکول فلورن کپسول شده در نانولوله بورنیتریدی به عنوان مدلی برای نانوسوئیچ ها با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است.

این رساله با مروری بر تقارن ابرپواسون-لی روی ابرخمینه ها و مدل های سیگمای ابرپواسون-لی t-دوگان روی ابرگروه های لی به عنوان فضای هدف، آغاز می گردد. سپس فرمول بندی مدل های سیگمای پواسون- لی t-دوگان روی خمینه ها به ابرخمینه ها تعمیم داده می شود. با استفاده از این فرمالیسم، به عنوان یک مثال مدل های کیهان شناسی ریسمان (1+1) بعدی روی ابرگروه های لیc3 و ابرگروه لی دوگان تحت عنوان(a1,1+2a)01,0,0 ساخته می شوند. علاوه بر این با حل معادلات حرکت مربوط به این مدل ها، نتیجه گیری خواهد شد که تکینگی اساسی ای برای متریک مدل اصلی و مدل دوگان وجود دارد. در ادامه با بکارگیری شکل ماتریسی اتحادهای ابریاکوبی و ابریاکوبی آمیخته، ابردوجبرهای لیgl(1?1) را محاسبه و طبقه بندی می کنیم. بعد از آن ابردوجبرهای لی هم مرز مربوطه و نوع انها (مثلثی یا شبه مثلثی) راتعیین می کنیم، به طوری که در این راستا ساختارهای ابرپواسون روی ابرگروه لی gl(1?1) به دست می آیند. همچنین ابردوتایی های درینفلد حاصله از جبر لی gl(1?1) را طبقه بندی و به صورت یک قضیه بیان می کنیم. افزون بر این، به عنوان یک کاربرد فیزیکی از ابر دوجبرهای لی هم مرز، یک سیستم انتگرال پذیر جدید روی ابرخمینه ی همتافته osp(1?2)/u(1) خواهیم ساخت. سپس نشان می دهیم که مدل wznw روی ابرگروه لی gl(1?1)دارای تقارن ابرپواسون-لی است، به طوریکه در این راستا ابر گروه لیb a a1,1?.i به عنوان جفت دوگان با ابر گروه لی gl(1?1) حاصل می گردد. سپس با تشکیل مدل های سیگمای ابرپواسون-لی t-دوگان روی ابردوتایی درینفلد( gl(1?1), b a a1,1?.i) اثبات خواهیم کرد که مدل اصلی معادل با مدل wznw روی ابرگروه لی gl(1?1) است. شرایط مرزی جهان رویه و d-شامه ها را روی ابرخمینه ها مطالعه کرده و به دنبال آن، با استفاده از تبدیلات ابرکانونیک تبدیل دوگانگی ابرماتریس چسب را برای مدل wznw روی ابرگروه gl(1?1)و مدل دوگان آن محاسبه می کنیم. درنهایت نشان خواهیم داد که مدل wznw روی ابرگروه لی (c3+a) نیز تقارن ابر پواسون لی دارد، به طوریکه در این فرایند جفت دوگان با (c3+a)، ابرگروه لی c3 a1,1?.i خواهد بود. بعلاوه با تشکیل مدل های سیگمای ابر پواسون- لی t- دوگان روی ابردوتایی درینفلد ((c3+a), c3 a1,1?.i) ثابت میکنیم که مدل دوگان روی ابرگروه لی c3 a1,1?.iبا مدل wznw روی ابرگروه لی یکریخت(c3+a).i معادل است و به علت یکریخت بودن ابرجبرلی (c3+a)با یک ابرسه تایی منین، به این نتیجه خواهیم رسید که ساختار n=(2,2) تحت تبدیل دوگانگی- tابرپواسون لی حفظ می شود.

در این رساله امواج خطی و غیرخطی در پلاسماهای نافزونور نوعی مورد مطالعه قرار گرفته اند. در فصل 1، برخی از سیستمهای پلاسمایی نوعی نظیر پلاسماهای جفت، پلاسماهای شامل باریکهی الکترونی و پلاسماهای غباری معرفی شده اند. همچنین، در آنجا اهمیت مطالعهی غیرخطیت در فیزیک پلاسما بحث شده است. علاوه بر این، مفهوم نافزونوری و فیزیک آماری نافزونور به عنوان یک چارچوب مناسب برای مطالعه? سیستمهای آماری، از جمله پلاسماها، مورد بحث قرار گرفته است. سپس برخی از توابع توزیع غیرماکسولی مهم در مدل آماری نافزونور معرفی شده اند. در فصل 2، مدل معادلاتی برای بررسی امواج خطی و غیرخطی در پلاسماها معرفی شده اند. در آنجا فرمولبندی نظریه? ولاسف برای بررسی امواج پلاسمایی ارائه شده است، که در واقع یک مدل معادلاتی جنبشی مناسب برای مطالعه? پلاسماهای با کوپلاژ ضعیف است، یعنی پلاسماهایی که در آنها برخوردها قابل اغماض هستند. بعلاوه، مدل معادلاتی برای مطالعه? امواج غیرخطی در پلاسما معرفی شده است. نشان داده شده است که حل غیرخطی کامل مجموعه معادلات اساسی به یک معادله? انتگرال انرژی می انجامد که از طریق آن می توان امواج سالیتونی با دامنه? دلخواه را در پلاسما مورد مطالعه قرار داد. در فصل 3، نوسانات لانگمویر در یک پلاسمای الکترون-پوزیترون (ep) عاری از میدان و بدون برخورد در چارچوب فیزیک آماری نافزونور مطالعه شده است. در آنجا با بکارگیری یک مدل معادلاتی جنبشی بر مبنای معادلات خطی شده? ولاسف و پواسن، رابطه? پاشندگی برای امواج لانگمویر و همچنین امکان وقوع مدهای نرمال، میرایی لاندائو و مدهای ناپایدار مورد بررسی قرار گرفته اند. نشان داده ایم که ویژگیهای نوسانات لانگمویر در یک پلاسمای ep نافزونور در مقایسه با پلاسماهای ماکسولی که با استفاده از آمار بولتزمن-گیبس بحث شده اند، بطور قابل ملاحظه ای تعدیل شده اند، زیرا سیستم مورد بررسی اساساً یک سیستم پلاسمایی با یک توزیع ایستای غیرتعادلی با ناهمگنی دمایی است. مشخص شده است با کاهش مقدار شاخص طیفی نافزونوری q که متناظر با یک پلاسما با کسر بیشتری از ذرات فوق حرارتی است، سرعت فاز امواج لانگمویر افزایش می یابد. به ویژه اینکه بسته به میزان نافزونوری سیستم به عنوان معیاری برای در نظر گرفتن برهمکنش ها و همبستگی های کولمبی بلند-برد، هم نوسانات میرا و هم نوسانات ناپایدار در یک پلاسمای ep بدون برخورد پیش بینی می شوند، که از یک پدیدهی تشدید بین موج و ذرات غیرحرارتی موجود در سیستم ناشی می شود. در آنجا مکانیسم منجر به مدهای ناپایدار را در چارچوب فیزیک آماری نافزونور تبیین کرده ایم، از طرف دیگر مکانیسم منجر به میرایی امواج همان مکانیسم استاندارد میرایی لاندائو است. علاوه بر این، جوابهایی که بدست آورده ایم این انعطاف را دارند که در حد فزونوری (1 <-q ) به جوابهای مربوط به یک پلاسمای ep ماکسولی کاهش یابند. در فصل 4، با بکارگیری معادلات ولاسف-پواسن خطی شده و در نظر گرفتن یک باند فرکانسی پایین، امکان وقوع مدهای شبه صوتی در یک پلاسمای جفت (ep یا جفت-یون) عاری از میدان و بدون برخورد مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس در مورد میرایی و ناپایداری این مدها در چارچوب فیزیک آماری نافزونور بحث شده است، بطوریکه در آنجا هر دو مورد تقارن دمایی و نامتقارنی دمایی برای ذرات پلاسما در نظر گرفته شده اند. نشان داده شده است که نامتقارنی دمایی در یک پلاسمای جفت به میزان اندکی سرعت فاز مدهای صوتی را کاهش می دهد و علاوه بر این، باعث کاهش نرخ میرایی این مدها می شود. بعلاوه، رابطهی پاشندگی بدست آمده در این مطالعه با نتایج تجربی که در آن امواج الکتروستاتیک در یک پلاسمای جفت-یون خالص مورد آزمایش قرار گرفته اند، سازگاری دارد. در فصل 5، با بکاگیری یک مدل هیدرودینامیکی انتشار امواج سالیتونی یون-صوتی (ia) در یک سیستم پلاسمایی شامل یونهای گرم، الکترونهای فوق حرارتی (با توزیع kappa) و در حضور یک باریکهی الکترونی مطالعه شده است. در آنجا، ابتدا با خطی سازی معادلات اساسی رابطهی پاشندگی خطی برای امواج ia استخراج شده است. سپس در یک تحلیل غیرخطی کامل، با بکارگیری نظریهی شبه پتانسیل استاندارد و استخراج معادلهی انتگرال انرژی، ویژگیها و ساختار سالیتونهای ia بطور پارامتری و عددی بررسی شده اند. مشخص شده است که با افزایش فوق حرارتی بودن پلاسما ناحیهی مجاز برای وجود سالیتونهای ia محدود می شود. همچنین، سالیتونهای ia هم با پتانسیل مثبت (سالیتونهای تراکمی) و هم با پتانسیل منفی (سالیتونهای ترقیقی) می توانند در سیستم شکل بگیرند. بعلاوه، بسته به دمای یون و میزان فوق حرارتی بودن پلاسما، سالیتونهای ia با سرعتهای زیرصوتی یا فوق صوتی در پلاسما پیش بینی می شوند. علاوه بر این، مشخص شده است اگر پارامترهای مربوط به باریکهی الکترونی (یعنی چگالی باریکه و سرعت باریکه) از یک سری مقادیر بحرانی تجاوز کنند، سالیتونهای ia امکان انتشار نخواهند داشت. بعلاوه، یک برهمکنش نوعی بین امواج سالیتونی ia و باریکهی الکترونی نشان داده شده است.

در سال های اخیرچگونگی شناسایی آلاینده ها و حذف آن ها از محیط زیست مورد توجه بسیاری از دانشمندان و علوم مختلف بوده است. یکی از روشهای پر کاربرد حذف آلاینده ها استفاده از جذب سطحی آن ها بر روی سطوح فاز جامد مانند اکسیدهای فلزی می باشد. استفاده از نانوذرات میتواند کارآیی و شدت جذب را افرایش دهد. هدف این کار پژوهشی مطالعه نظری قابلیت کاربرد برخی نانوذرات اکسید فلزی به منظور جذب برخی آلاینده های حاصل از سوخت های فسیلی می باشد. در این کار پژوهشی جذب برخی از آلاینده های هوا که عمدتا از سوخت های فسیلی ناشی می شوند بر روی برخی از اکسیدهای فلزی خالص و آلائیده شده مطالعه خواهند شد. این مطالعات شامل محاسبات نظریه تابعی چگالی ساختاری و الکترونی سیستم های جاذب تنها و جاذب+جذب شونده خواهد بود. در این محاسبات خواص الکترونی ازجمله چگالی حالات، ساختار نواری و خواص انرژتیک سیستم های مورد نظر مطالعه خواهند شد.

یکی از روش های مفید بررسی جداسازی یون های آلاینده ی آب روش شبیه سازی دینامیک مولکولی می باشد. در این پایان نامه شبیه سازی دینامیک مولکولی جداسازی یون های کلر و سدیم از آب با استفاده از نانو صفحات بور نیترید در دو شرایط جداگانه بررسی شده است، که این شرایط عبارتند از: 1- بدون اعمال هیچ نیرویی بر یون ها 2- اعمال نیرو به صورت میدان الکتریکی تمامی شبیه سازی های انجام گرفته توسط نرم افزار namd صورت گرفته است.

در رساله حاضر نانو سیستم هایی بر پای? گرافن و سیلیسن مورد بررسی قرار گرفته اند. نانوسیستم های متشکل از مولکول های آلی پیرن، پیرن سیلیله شده و ساختار آلاییده شده آن با کربن در بین الکترودهای آلومینیوم بصورت نانورشته و نانوسیم به منظور بررسی خواص الکتریکی و الکترونیکی آن ها استفاده شده است. همچنین با استفاده از فرایند یکسوکنندگی آویرام- راتنر با استخلاف دار کردن مولکول پیرن با استفاده از گروه های عاملی الکترون دهنده و الکترون گیرنده در جهت عبور جریان، خواص نانوالکترونیکی شامل نانودیودی و نانوکلیدی سیستم ها مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نانو نوارهای گرافن در پهناهای متفاوت بصورت خالص در بین الکترودهای از جنس گرافن هم پهنا جهت بررسی خاصیت ترابردی شان مورد بررسی قرار گرفته است که از این میان نانو نوار گرافنی با کمترین پهنا مورد بررسی بیشتری قرار گرفته است طوری که با آلاییده کردن اتم های کربن مرکزی ناحیه پراکندگی با سیلسیم و ژرمانیوم خاصیت های مالتی کلیدی و تک کلیدی و همچنین قابلیت کنترل با ولتاژهای بایاس و ولتاژهای گیت مورد بررسی قرار گرفته است.

هدف پایان نامه، مطالع? سایت های برهم کنش کنند? مابین دارو و نانوذرات پروتئینی است.همچنین بررسی احاطه کردن دارو توسط نانوذرات پروتئینی می باشد. این کار با بررسی فواصل و تعداد برخورد، پیوند هیدروژنی ما بین دارو و نانوذرات پروتئینی، امکان برهم کنش دارو با زنجیر جانبی آمینواسید نانوذرات پروتئینی می باشد. تصاویر هر یک از سیستم ها نیز در این پایان نامه آورده شده است.

یکی از روش های مفید بررسی عبور حلال ها از نانوکانال ها شبیه سازی دینامیک مولکولی می باشد.. این شبیه سازی به منظور مطالعه مکانیسم عبور حلال ها و امکان جداسازی آلاینده های آلی از آب انجام شد. این آلاینده ها که عمدتا به صورت حلال استفاده می شوند مانند دی متیل سولفوکسید و استون و مخلوطی از هر دو ابتدا به صورت خالص و سپس به صورت مخلوط با آب مطالعه و شبیه سازی شد.

در این کار پژوهشی، ابتدا خواص الکترونی و ساختاری ایزومرهای مختلف کورکومین و چند ساختار مشابه آن بطور محاسباتی با استفاده از تئوری تابعی چگالی مورد مطالعه قرار گرفت. سپس با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی، کمپلکس های تشکیل شده از این دارو با چند حامل مطالعه گردید. نتایج این مطالعات که شامل ساختار بهینه شده مولکول های مورد نظر، میزان فعالیت و واکنش پذیری آنها می باشد مورد بررسی قرار گرفته و باهم مقایسه شد. در مرحله بعد راهکارهای ارائه شده برای افزایش فراهمی زیستی کورکومین بصورت محاسباتی مطالعه و از میان حامل های مختلف، آلبومین و نانولوله کربن تک دیواره انتخاب و مورد بررسی قرار گرفت. برهم کنش ساختارهای مورد مطالعه با آلبومین با استفاده از روش داکینگ مولکولی و شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته و اسید آمینه های درگیر در این برهم کنش مشخص شدند. تاثیر حضور نانولوله بر آرایش کورکومین ها در آب مورد بررسی قرار گرفت. کورکومین ها بعلت حلالیت خیلی پایین در آب ، در کنار یکدیگر تجمع می یابند. نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی سیستم های شامل کورکومین- نانولوله – آب نشان داد که در حضور نانولوله، تجمع کورکومین ها در آب حذف و تجمع قویتر کورکومین- نانولوله تشکیل می شود. کورکومین یکی از عوامل ضدسرطان و تنظیم کننده پروتئین کیناز c می باشد. در مرحله آخر این پژوهش، با استفاده از روش های داکینگ مولکولی و شبیه سازی دینامیک مولکولی، این تنظیم کنندگی pkc توسط ایزومرهای مختلف کورکومین و چند ساختار مشابه آن، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که گروههای عاملی کورکومین، فاکتور مهم در میان کنش این ساختارها با پروتئین می باشند.

گونه های زیادی از مشاهدات اشاره می کند که جهان فعلی در حال شتاب گرفتن است. که می توان آن را به وسیله یک ثابت کیهانی یا شکل غیر معمولی از ماده توضیح داد. تولید در مدلهایی از قبیل شکست خودبخودی تقارن و افت و خیزهایی خلا که مقدار بزرگی را برای پیش بینی می کند به مساله ثابت کیهانی منجر می شود. در بیشتر تلاشهای اخیر برای توضیح ثابت کیهانی کوچک فعلی مدلهای انرژی تاریک مانند کوئین تسنس، تکیون و فانتوم پیشنهاد شده است.