Dissipative particle dynamics
ডিসিপেটিভ পার্টিকল ডাইনামিক্স (ডিপিডি) একটি অফ-ল্যাটিস মেসোস্কোপিক সিমুলেশন কৌশল যা অবিচ্ছিন্ন স্থান এবং বিচ্ছিন্ন সময়ে চলমান কণাগুলির একটি সেটকে জড়িত করে। কণা একক পরমাণুর পরিবর্তে সম্পূর্ণ অণু বা তরল অঞ্চলের প্রতিনিধিত্ব করে এবং পরমাণুগত বিবরণগুলি সম্বোধন করা প্রক্রিয়াগুলির সাথে প্রাসঙ্গিক বলে মনে করা হয় না। স্থানীয়ভাবে গতিবেগ সংরক্ষণ এবং সঠিক হাইড্রোডায়নামিক আচরণ নিশ্চিত করার জন্য কণাগুলির অভ্যন্তরীণ ডিগ্রি অফ ফ্রিডমকে সংহত করা হয় এবং সরলীকৃত পেয়ারওয়াইজ ডিসিপেটিভ এবং র্যান্ডম ফোর্স দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হয়। এই পদ্ধতির প্রধান সুবিধা হল এটি প্রচলিত এমডি সিমুলেশন ব্যবহার করে যতটা সম্ভব তার চেয়ে দীর্ঘ সময় এবং দৈর্ঘ্যের স্কেলগুলিতে অ্যাক্সেস দেয়। দশ মাইক্রোসেকেন্ডের জন্য রৈখিক মাত্রায় 100 এনএম পর্যন্ত ভলিউমে পলিমারিক তরলের সিমুলেশন এখন প্রচলিত। ডিপিডি প্রাথমিকভাবে তথাকথিত ল্যাটিস গ্যাস অটোমাটার ল্যাটিস শিল্পকর্মগুলি এড়াতে এবং আণবিক গতিবিদ্যা (এমডি) সহ উপলব্ধ হাইড্রোডায়নামিক সময় এবং স্থান স্কেলগুলি মোকাবেলা করার জন্য হুগারবার্গ এবং কোয়েলম্যান দ্বারা উদ্ভাবিত হয়েছিল। যথাযথ তাপীয় ভারসাম্য অবস্থা নিশ্চিত করার জন্য পি. এস্পানোল দ্বারা এটি পরবর্তীকালে সংস্কার করা হয়েছিল এবং সামান্য সংশোধন করা হয়েছিল। গণনামূলক জটিলতা হ্রাস এবং পরিবহন বৈশিষ্ট্যগুলির আরও ভাল নিয়ন্ত্রণ সহ নতুন ডিপিডি অ্যালগরিদমগুলির একটি সিরিজ উপস্থাপন করা হয়েছে। এই নিবন্ধে উপস্থাপিত অ্যালগরিদমগুলি ডিপিডি থার্মোস্টেটিং প্রয়োগের জন্য এলোমেলোভাবে একটি জোড়া কণা বেছে নেয় যাতে গণনামূলক জটিলতা হ্রাস পায়। সমীকরণ একটি ডিপিডি কণা i-এর উপর কাজ করা মোট অ-বন্ধিত বলটি একটি নির্দিষ্ট কাট-অফ দূরত্বের মধ্যে থাকা সমস্ত কণা j-এর সমষ্টি দ্বারা দেওয়া হয়, যেখানে তিনটি জোড়-ভিত্তিক-যোগাত্মক বল থাকেঃ যেখানে উপরের সমীকরণে প্রথম পদটি একটি রক্ষণশীল বল, দ্বিতীয়টি একটি অপসারী বল এবং তৃতীয়টি একটি এলোমেলো বল। রক্ষণশীল বল পুঁতিকে একটি রাসায়নিক পরিচয় দেওয়ার জন্য কাজ করে, যখন অপচয়কারী এবং এলোমেলো শক্তি একসাথে একটি থার্মোস্ট্যাট গঠন করে যা সিস্টেমের গড় তাপমাত্রা স্থির রাখে। সমস্ত অ-বন্ধন শক্তির একটি মূল বৈশিষ্ট্য হল যে তারা স্থানীয়ভাবে ভরবেগ সংরক্ষণ করে, যাতে তরলের হাইড্রোডায়নামিক মোডগুলি এমনকি ছোট কণা সংখ্যার জন্যও উদ্ভূত হয়। স্থানীয় ভরবেগ সংরক্ষণের জন্য দুটি মিথস্ক্রিয়াশীল পুঁতির মধ্যে এলোমেলো বলের প্রতিসম হওয়া প্রয়োজন। অতএব আন্তঃক্রিয়াশীল কণাগুলির প্রতিটি জুটির জন্য শুধুমাত্র একটি একক যাদৃচ্ছিক বল গণনার প্রয়োজন হয়। এটি ডিপিডিকে ব্রাউনীয় গতিবিদ্যা থেকে আলাদা করে যেখানে প্রতিটি কণা অন্যান্য সমস্ত কণার থেকে স্বাধীনভাবে একটি এলোমেলো বল অনুভব করে। পুঁতিগুলিকে নরম (প্রায়শই হুকিয়ান) ঝর্ণার সাথে বেঁধে 'অণুতে' সংযুক্ত করা যেতে পারে। ডিপিডি-র সবচেয়ে সাধারণ প্রয়োগগুলি কণার সংখ্যা, আয়তন এবং তাপমাত্রা স্থির রাখে এবং তাই এনভিটি এনসেম্বলের মধ্যে ঘটে। বিকল্পভাবে, আয়তনের পরিবর্তে চাপ স্থির রাখা হয়, যাতে সিমুলেশনটি এনপিটি এনসেম্বলের মধ্যে থাকে। সমান্তরালকরণ নীতিগতভাবে, খুব বড় সিস্টেমের সিমুলেশন, মিলিসেকেন্ডের জন্য একটি কিউবিক মাইক্রনের কাছে পৌঁছানো, একটি বেউলফ-স্টাইল ক্লাস্টারে একাধিক প্রসেসরে চলমান ডিপিডি-র সমান্তরাল প্রয়োগ ব্যবহার করে সম্ভব। যেহেতু নন-বন্ডেড বলগুলি ডিপিডিতে স্বল্প-পরিসরযুক্ত, তাই একটি স্থানিক ডোমেন পচন কৌশল ব্যবহার করে একটি ডিপিডি কোডকে খুব দক্ষতার সাথে সমান্তরাল করা সম্ভব। এই পরিকল্পনায়, মোট সিমুলেশন স্থানটি বেশ কয়েকটি কিউবয়েডাল অঞ্চলে বিভক্ত করা হয় যার প্রতিটি ক্লাস্টারে একটি স্বতন্ত্র প্রসেসরকে বরাদ্দ করা হয়। প্রতিটি প্রসেসর সমস্ত পুঁতির গতির সমীকরণগুলিকে একীভূত করার জন্য দায়ী যার ভরের কেন্দ্রগুলি তার স্থান অঞ্চলের মধ্যে অবস্থিত। শুধুমাত্র প্রতিটি প্রসেসরের জায়গার সীমানার কাছাকাছি অবস্থিত পুঁতির জন্য প্রসেসরের মধ্যে যোগাযোগের প্রয়োজন হয়। সিমুলেশনটি কার্যকরী কিনা তা নিশ্চিত করার জন্য, গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োজনীয়তা হল আন্তঃপ্রসেসর যোগাযোগের প্রয়োজন এমন কণা-কণার মিথস্ক্রিয়ার সংখ্যা প্রতিটি প্রসেসরের স্থান অঞ্চলের বেশিরভাগ অংশে কণা-কণার মিথস্ক্রিয়ার সংখ্যার তুলনায় অনেক কম হওয়া। মোটামুটিভাবে বলতে গেলে, এর অর্থ হল যে প্রতিটি প্রসেসরের জন্য নির্ধারিত জায়গার আয়তন যথেষ্ট বড় হওয়া উচিত যাতে তার পৃষ্ঠতলের আয়তন (বল বিচ্ছিন্ন দূরত্বের সাথে তুলনীয় দূরত্ব দ্বারা গুণিত) তার আয়তনের তুলনায় অনেক কম হয়। বিভিন্ন ধরনের জটিল হাইড্রোডায়নামিক ঘটনা ডিপিডি ব্যবহার করে অনুকরণ করা হয়েছে, এখানে তালিকাটি অপরিহার্যভাবে অসম্পূর্ণ। এই সিমুলেশনগুলির লক্ষ্য প্রায়শই তরলের ম্যাক্রোস্কোপিক অ-নিউটনীয় প্রবাহের বৈশিষ্ট্যগুলিকে তার মাইক্রোস্কোপিক কাঠামোর সাথে সম্পর্কিত করা হয়। এই ধরনের ডিপিডি প্রয়োগগুলি কংক্রিটের রিওলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলির মডেলিং থেকে শুরু করে জৈব পদার্থবিজ্ঞানে লাইপোজোম গঠনের অনুকরণ করা থেকে শুরু করে গতিশীল আর্দ্রতার মতো সাম্প্রতিক তিন-পর্যায়ের ঘটনা পর্যন্ত বিস্তৃত। ডিপিডি পদ্ধতিটি রক্ত কোষ এবং পলিমার মাইসেলের মতো বিকৃত বস্তুযুক্ত বৈচিত্র্যময় বহু-পর্যায়ের প্রবাহের মডেলিংয়েও জনপ্রিয়তা পেয়েছে। 1990-এর দশকের গোড়ার দিকে প্রথম প্রস্তাবিত হওয়ার পর থেকে ডিপিডি পদ্ধতির বিভিন্ন গুরুত্বপূর্ণ দিকের বিকাশের সম্পূর্ণ চিহ্ন "ডিসিপেটিভ পার্টিকল ডাইনামিক্সঃ ভূমিকা, পদ্ধতি এবং জটিল তরল প্রয়োগ-একটি পর্যালোচনা"-তে পাওয়া যাবে। 2008 সালে একটি সিইসিএএম কর্মশালায় ডিপিডি-র অত্যাধুনিক চিত্রটি ধরা পড়ে। সেখানে উপস্থাপিত কৌশলের উদ্ভাবনের মধ্যে রয়েছে শক্তি সংরক্ষণের সাথে ডিপিডি; অ-কেন্দ্রীয় ঘর্ষণ শক্তি যা তরল সান্দ্রতা সুর করতে দেয়; পলিমারের মধ্যে বন্ধন অতিক্রম প্রতিরোধের জন্য একটি অ্যালগরিদম; এবং পারমাণবিক আণবিক গতিবিদ্যা থেকে ডিপিডি মিথস্ক্রিয়া পরামিতিগুলির স্বয়ংক্রিয় ক্রমাঙ্কন। সম্প্রতি, পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণযোগ্যগুলির বিপরীতে স্বয়ংক্রিয় ক্রমাঙ্কন এবং প্যারামিটারাইজেশনের উদাহরণ দেখানো হয়েছে। উপরন্তু, মিথস্ক্রিয়া সম্ভাব্য ক্রমাঙ্কন এবং পরামিতিগুলির উদ্দেশ্যে ডেটাসেটগুলি অন্বেষণ করা হয়েছে। সোয়েপ এবং অন্যান্যরা, সাহিত্যের তথ্যের একটি বিশদ বিশ্লেষণ এবং ক্রিটিক্যাল মাইসেল কনসেনট্রেশন (সি. এম. সি) এবং মাইসেলার মিন অ্যাগ্রিগেশন নম্বর (নাগ)-এর উপর ভিত্তি করে একটি পরীক্ষামূলক ডেটাসেট প্রদান করেছেন। ডিপিডি ব্যবহার করে মাইসেলার সিমুলেশনের উদাহরণগুলি আগে ভালভাবে নথিভুক্ত করা হয়েছে। তথ্যসূত্র উপলব্ধ প্যাকেজ কিছু উপলব্ধ সিমুলেশন প্যাকেজ যা (এছাড়াও) ডিপিডি সিমুলেশন সম্পাদন করতে পারে সেগুলি হলঃ সিইউএলজিআইঃ দ্য কেমিস্ট্রি ইউনিফাইড ল্যাঙ্গুয়েজ ইন্টারফেস, কুলজি বি. ভি., দ্য নেদারল্যান্ডস ডিএল _ এমইএসওঃ ওপেন-সোর্স মেসোস্কেল সিমুলেশন সফ্টওয়্যার। DPDmacs ESPResSo: সফ্ট ম্যাটার সিস্টেমের গবেষণার জন্য এক্সটেনসিবল সিমুলেশন প্যাকেজ-ওপেন-সোর্স ফ্লুইডিক্সঃ ওয়ানজিরো সফ্টওয়্যার থেকে উপলব্ধ ফ্লুইডিক্স সিমুলেশন স্যুট। জিপিআইইউটিএমডিঃ বহু-কণা গতিবিদ্যার জন্য গ্রাফিক্যাল প্রসেসর গ্রোম্যাক্স-ডিপিডিঃ ডিপিডি সহ গ্রোম্যাক্সের একটি পরিবর্তিত সংস্করণ। হুমড-ব্লুঃ অত্যন্ত অপ্টিমাইজড অবজেক্ট-ওরিয়েন্টেড বহু-কণা ডাইনামিক্স-ব্লু এডিশন ল্যাম্পস ম্যাটেরিয়ালস স্টুডিওঃ ম্যাটেরিয়ালস স্টুডিও-রাসায়নিক এবং উপকরণ অধ্যয়নের জন্য মডেলিং এবং সিমুলেশন, অ্যাকসেল্রিস সফ্টওয়্যার ইনক। ওএসপিআরই-ডিপিডিঃ ওপেন সোর্স পলিমার রিসার্চ ইঞ্জিন-ডিপিডি সিম্পলারঃ ফ্রাইবার্গ বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি ফ্রিওয়্যার সিমবোলিক পার্টিকল সিমুলেটর। সানলাইটডিপিডিঃ ওপেন সোর্স (জিপিএল) ডিপিডি সফ্টওয়্যার। বাহ্যিক সংযোগ ম্যাটডিএল (ম্যাটেরিয়ালস ডিজিটাল লাইব্রেরি পাথওয়ে) (ম্যাটডিএল) দ্বারা ডিপিডি সিমুলেশন কৌশল ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিজ্ঞান নরম পদার্থ গণনামূলক তরল গতিবিদ্যা অ-নিউটনীয় তরল