آلیاژهای هاسلر از جمله آلیاژهای متعددی هستند که به دلیل دو خاصیت حافظه‎ای و اسپینترونیک که کاربرد زیادی در صنعت و فناوری دارند، در دهه‎های اخیر مورد توجه و تحقیق بسیار قرار گرفته‎اند. در کار حاضر به بررسی دو آلیاژ ni2mnga و ni2mnal که از این خانواده هستند، پرداخته شده است. خواص ساختاری و الکترونی این دو آلیاژ با استفاده از رهیافت نظریه تابعی چگالی محاسبه شده است؛ که در آن از چگالی الکترونی دستگاه بس‎ذره‎ای برای محاسبه خواص آن دستگاه استفاده می‎شود. این کار با شبیه‎سازی رایانه‎‎ای انجام شده و در آن از بسته محاسباتی pwscf استفاده شده است. اساس کار این برنامه کاربرد شبه‎پتانسیل به جای پتانسیل واقعی دستگاه بس‎ذره بدون کاستن از دقت نتایج و به منظور کاهش حجم محاسبات است. بررسی نتایج خواص ساختاری و الکترونی نشان می‎دهد که فاز تتراگونال برای ni2mnga فاز پایدار است. برای ni2mnal نیز فاز مکعبی با اختلاف بسیار کمی نسبت به فاز تتراگونال پایدارتر است. در نتیجه احتمال ایجاد تبدیل مارتنزیت که مرتبط با خاصیت حافظه‎ای است و در ساختار تتراگونال صورت می‎گیرد در این دو ترکیب وجود دارد. علاوه بر آن، بسامد فونونی این آلیاژها نیز محاسبه شده است. در محاسبه بسامد‎ها از نظریه تابعی چگالی اختلالی که تعمیمی از نظریه تابعی چگالی است و در این کار به آن نیز پرداخته شده، استفاده شده است. در طیف پاشندگی به دست آمده برای این ترکیبات در مسیرهای تقارنی خاصی بسامد‎های موهومی ظاهر می‎شوند که می‎توان آن را تاییدی بر ناپایداری این دو ترکیب در فاز مکعبی و ایجاد تبدیل مارتنزیت دانست.

در این پایان نامه نانوپمپ چرخشی زیستی f0f1- atpase که وظیفه ی تولید گرادیان یونی در دو سمت غشا سلول را بر عهده دارد، مورد مطالعه و بررسی قرار داده شده است، سپس با ایده-گیری از قسمت f0 پمپ پروتئینی f0f1- atpase ، یک نانوپمپ چرخشی یونی، طراحی و مورد بررسی قرار گرفته شده است. چون نانوپمپ پیشنهادی در محیط افت و خیزدار آبی قرار دارد، بنابراین برای بررسی و مدل سازی نانوپمپ چرخشی از دینامیک مولکولی کلاسیک برای بررسی دینامیک اتم ها ی داخل پمپ و دینامیک مولکولی کاتوره ای برای بررسی دینامیک یون ها در محیط آبی بالا و پایین پمپ استفاده کردیم. این نانوپمپ از دو قسمت روتور و استاتور تشکیل شده است. برای طراحی ساختمان این نانوپمپ از نانولوله های کربنی و صفحه های گرافن استفاده شده است. یک نیروی خارجی با بسامد مشخص، به عنوان نیروی محرکه ی پمپ مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که چرخش روتور نانوپمپ، یون های سدیم را پمپاژ کرده و در نتیجه یک گرادیان یونی در دو سمت خود ایجاد می کند. در شبیه سازی این نانوپمپ به بررسی اثر تغییر دما، اندازه و مکان بارهای الکتریکی استاتور در دستگاه و مقدار بسامد چرخشی روتور نانوپمپ، پرداخته شده است. از نتایج حاصل شده مشاهده نمودیم که به ازای مقدارهای مشخصی از بسامد چرخشی روتور، بارهای استاتور و دمای سیستم، گرادیان یونی تولید شده توسط نانوپمپ به بیشترین مقدار می رسد. هم چنین نتایج حاصله بیان گر این است که مکان بارهای الکتریکی استاتور روی گرادیان یونی تولید شده توسط نانوپمپ تاثیر می گذارد. در پایان مشاهده کردیم که گرادیان یونی تولید شده توسط نانوپمپ باعث ایجاد یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین غشایی در دو سمت نانوپمپ می-شود.

ترکیبات mgcni3و incni3 ابررسانا هایی هستند که ساختار ی شبیه به ساختار ساده ترکیبات پروسکیت مکعبی دارند، و به ترکیبات پادپروسکیت معروفند. البته علاقهمندی به تحقیق در رابطه با ترکیباتی از این قبیل تنها به خاطر ابررسانایی دمای پایین آن نیست. بلکه بیشتر به خاطر ساختار ساده پروسکیتی بدون اکسیژن آن می باشد، که می تواند با چنین ساختاری یک ابررسانا باشد. در این پایان نامه با دو بسته محاسباتی wien2k و pwscf (quantum espresso) به محاسبه و مطالعه خواص ساختاری، الکترونی و فرکانس های فونونی ترکیبات mgcni3 و incni3 پرداخته ایم. در این محاسبات ابتدا پارامترهای بهینه را با استفاده از این دو بسته محاسباتی برای هر دو ترکیب بدست می آوریم. در بسته محاسباتی wien2k، روش حل خودسازگار امواج تخت تقویت شده خطی با پتانسیل کامل (fp-lapw) و تقریب شیب تعمیم یافته (gga) برای پتانسیل تبادلی- همبستگی در نظریه تابعی چگالی (dft) بکار گرفته شده است. در بسته محاسباتی pwscf روش حل خودسازگار نظریه تابعی چگالی مبتنی بر پایه های امواج تخت با استفاده از شبه پتانسیل های فوق نرم که از تقریب شیب تعمیم یافته در آنها استفاده شده، بکار گرفته شده است. پس از بهینه سازی کلیه پارامترها با دو روش ذکر شده، ساختار تعادلی این ترکیبات را مشخص می کنیم. با توجه به این ساختار، خواص الکترونی آنها را با تعیین نوار های انرژی و چگالی حالت های الکترونی بررسی می کنیم. در آخر با استفاده از نظریه تابعی چگالی اختلالی (dfpt) فرکانس های فونونی و چگالی حالت های فونونی را بدست می آوریم.

در این پایان نامه با استفاده از روش دینامیک مولکولی یک نانوپمپ خطی الکتریکی شبیه سازی شده است. این نانوپمپ از نانولوله کربنی، صفحه گرافن و مولکول + c60ساخته شده است. نانولوله کربنی و صفحه گرافن به ترتیب به عنوان گردن و مرز بین دو ناحیه نانوپمپ به کار برده شده است. با اعمال میدان الکتریکی متناوب به مولکول + c60باعث نوسان آن در محیط پمپ می شود. این مولکول در حال نوسان به اتم های گازی که وارد محیط نانوپمپ شده برخورد کرده و با انتقال تکانه خطی به اتم های گازی، آن ها را به ناحیه دیگر نانوپمپ منتقل می سازد و یک شیب فشاری را در محیط نانوپمپ ایجاد می کند. هم چنین مشاهده شده است که برای هر اتم و در یک دمای مشخص می توان بسامدی بهینه ای یافت که بیشترین شیب فشار را ایجاد کند. علاوه بر آن نتایج نشان می دهد که طول نانوله کربنی می تواند روی شیب فشار ایجاد شده اثر بگذارد.

میدان های الکتریکی متناوب در محدوده گیگا هرتز کاربرد زیادی در فناوری امروز دارند که از جمله می توان به فناوری انتقال اطلاعات اشاره کرد. از طرفی چون بافت موجودهای زنده متشکل از سلول است که حاوی اجزاء باردار و قطبی و همچنین یون های الکتریکی است، امکان برهم کنش این میدان ها با موجود های زنده وجود دارد که می تواند اثرهای مفید یا مضری برای موجود زنده داشته باشد. در این پایان نامه به مطالعه اثر میدان الکتریکی ثابت و متناوب با فرکانس های 1 و 10 گیکا هرتز بر ویژگی های مکانیکی تک پارهای پروتئینی ? و ? و نیز دوپار پروتئینی ??-توبولین که اجزای سازنده رشته های اکتین و میکروتوبول هستند، پرداخته شده است. برای این منظور شبیه سازی های کلاسیکی با استفاده از نرم افزاز محاسباتی گرومکس که بر پایه روش دینامیک ملکولی است، انجام شده است. نتیجه های بدست آمده نشان می دهند که این اجزاء پروتئینی تحت تاثیر میدان های اعمال شده تغییر می کنند که این اثر ناشی از ساختار اتمی این پروتئین ها است. در بررسی های انجام شده مشخص گردید که اعمال میدان ثابت باعث کاهش مدول یانگ و نرم شدن پروتئین ها می گردد و اعمال میدان متناوب با فرکانس یک گیگا هرتز باعث سخت تر شدن پروتئین های مذکور یا افزایش مدول یانگ می شود.

ایجاد و انتشار ترک در مواد از عوامل محدود کننده فناوری محسوب می شود. از اینرو مطالعه ی این پدیده در مقیاس های مختلف دارای اهمیت زیادی می باشد. در این پایان نامه به بررسی انتشار ترک در صفحه ی نانومتری گرافن بر پایه ی روش دینامیک مولکولی و با استفاده از بسته نرم افزاری lammps پرداخته ایم. برای این منظور ابتدا نحوه ی انتشار ترک موجود در لبه صفحه ی گرافن در راستاهای دسته صندلی و زیگزاگ و نیز تاثیر دما بر دینامیک ترک بررسی شده است.همچنین چگونگیپیشرفت ترک موجود در وسط صفحه ی گرافن در راستاهای مذکور مورد مطالعه قرار گرفته است.سپس به بررسی اثر وجود حفره و دررفتگی در صفحه ی گرافن پرداخته شده است.

پیشرفت روز افزون فناوری منجر به افزایش استفاده از میدان های الکتریکی در محدوده گیگا هرتز شده است. این میدان ها می توانند با ذره های قطبی و باردار برهم کنش داشته باشند. از آنجا که بدن موجودهای زنده از سلول، که متشکل از مولکول های باردار و قطبی است، تشکیل شده است امکان برهم کنش این میدان ها با بدن موجودهای زنده وجود دارد. از آنجا که این برهم کنش ها می تواند پیامدهای خوب یا بدی از جمله درمان یا بروز بیماری به همراه داشته باشد بررسی آن ها ضروری به نظر می رسد. از جمله اثرهای مضر این گونه برهم کنش ها می توان به سرطانی شدن سلول اشاره کرد. یکی از تفاوت های بارز سلول های سرطانی با سلول های طبیعی در مرحله ی تقسیم سلول نمایان می شود. با توجه به اینکه میکروتوبول ها، که از جمله اجزای تشکیل دهنده اسکلت سلول هستند، نقش اساسی دراین مرحله بازی می کنند، مطالعه ویژگی مکانیکی آن ها تحت تاثیر میدان الکتریکی مورد توجه قرار می گیرد. بدین منظور در این پایان نامه به مطالعه اثر میدان الکتریکی بر ویژگی های مکانیکی میکروتوبول پرداخته شده است. برای این منظور دو دستگاه شامل دو دوپار با جهت گیری مشابه، دستگاه n، و جهت گیری مخالف، دستگاه s، تعریف شدند. شبیه سازی های کلاسیکی با استفاده از نرم افزار محاسباتی گرومکس، که بر پایه روش دینامیک مولکولی است، به منظور بررسی برهم کنش میدان با این دستگاه ها انجام شدند. نتیجه های بدست آمده نشان دادند که وجود میدان در برخی از بسامدها موجب نرم¬تر شدن این دستگاه ها و در نتیجه کاهش مدول یانگ آن ها می شود. این در حالی است که اعمال میدان در برخی بسامدها موجب سخت تر شدن میکروتوبول و افزایش مدول یانگ مربوط به آن می شود. تغییر ویژگی های مکانیکی میکروتوبول می تواند به عنوان عاملی برای سرطانی شدن سلول و یا راهکاری برای از بین بردن سلول های سرطانی به کار روند.