Dissipative particle dynamics
ڈسیپیٹو پارٹیکل ڈائنامکس (ڈی پی ڈی) ایک آف لیٹس میسوسکوپک تخروپن تکنیک ہے جس میں مسلسل خلا اور مجرد وقت میں حرکت کرنے والے ذرات کا ایک مجموعہ شامل ہوتا ہے۔ ذرات واحد ایٹموں کے بجائے پورے مالیکیولز یا سیال علاقوں کی نمائندگی کرتے ہیں، اور ایٹمسٹک تفصیلات کو خطاب کردہ عمل سے متعلق نہیں سمجھا جاتا ہے۔ ذرات کی داخلی ڈگری آف فریڈم کو مربوط کیا جاتا ہے اور اس کی جگہ آسان جوڑی وار ڈسپیٹیو اور بے ترتیب قوتیں لے لیتی ہیں، تاکہ مقامی طور پر رفتار کو محفوظ رکھا جا سکے اور درست ہائیڈرو ڈائنامک رویے کو یقینی بنایا جا سکے۔ اس طریقہ کار کا بنیادی فائدہ یہ ہے کہ یہ روایتی ایم ڈی سمیلیشنز کا استعمال کرتے ہوئے زیادہ وقت اور لمبائی کے پیمانے تک رسائی فراہم کرتا ہے۔ دسیوں مائیکرو سیکنڈ کے لیے لکیری طول و عرض میں 100 این ایم تک کے حجم میں پولیمرک سیالوں کے تخروپن اب عام ہیں۔ ڈی پی ڈی کو ابتدائی طور پر ہوگربرگ اور کوئل مین نے نام نہاد لیٹیس گیس آٹومیٹا کے لیٹیس نمونوں سے بچنے اور سالماتی حرکیات (ایم ڈی) کے ساتھ دستیاب ہائیڈرو ڈائنامک ٹائم اور اسپیس اسکیل سے نمٹنے کے لیے وضع کیا تھا۔ بعد میں اسے پی ایسپینول کے ذریعہ اصلاح اور قدرے ترمیم کی گئی تاکہ مناسب تھرمل توازن کی حالت کو یقینی بنایا جا سکے۔ کم کمپیوٹیشنل پیچیدگی اور نقل و حمل کی خصوصیات کے بہتر کنٹرول کے ساتھ نئے ڈی پی ڈی الگورتھم کا ایک سلسلہ پیش کیا گیا ہے۔ اس مضمون میں پیش کردہ الگورتھم ڈی پی ڈی تھرموسٹیٹنگ کو لاگو کرنے کے لیے تصادفی طور پر ایک جوڑے کے ذرہ کا انتخاب کرتے ہیں اس طرح کمپیوٹیشنل پیچیدگی کو کم کرتے ہیں۔ مساوات DPD ذرہ i پر عمل کرنے والی کل غیر بند شدہ قوت تمام ذرات j کے مجموعے سے دی جاتی ہے جو ایک مقررہ کٹ آف فاصلے کے اندر واقع ہوتے ہیں، تین جوڑی کے لحاظ سے اضافی قوتوں کے: جہاں مندرجہ بالا مساوات میں پہلی اصطلاح ایک قدامت پسند قوت ہے، دوسری ایک تخفیف قوت اور تیسری ایک بے ترتیب قوت ہے۔ قدامت پسند قوت موتیوں کو ایک کیمیائی شناخت دینے کا کام کرتی ہے، جبکہ تخفیف اور بے ترتیب قوتیں مل کر تھرموسٹیٹ بناتی ہیں جو نظام کے اوسط درجہ حرارت کو مستقل رکھتی ہیں۔ تمام غیر بند شدہ قوتوں کی ایک کلیدی خاصیت یہ ہے کہ وہ مقامی طور پر رفتار کو محفوظ رکھتے ہیں، تاکہ چھوٹے ذرہ نمبروں کے لیے بھی سیال کے ہائیڈرو ڈائنامک طریقے ابھر کر سامنے آئیں۔ لوکل مومنٹم کنزرویشن کے لیے ضروری ہے کہ دو تعامل کرنے والے موتیوں کے درمیان بے ترتیب قوت اینٹی سمیٹرک ہو۔ اس لیے تعامل کرنے والے ذرات کے ہر جوڑے کے لیے صرف ایک بے ترتیب قوت کے حساب کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ ڈی پی ڈی کو براؤنین حرکیات سے ممتاز کرتا ہے جس میں ہر ذرہ دوسرے تمام ذرات سے آزادانہ طور پر بے ترتیب قوت کا تجربہ کرتا ہے۔ موتیوں کو نرم (اکثر ہکئین) چشموں کے ساتھ باندھ کر 'مالیکیولز' میں جوڑا جا سکتا ہے۔ ڈی پی ڈی کی سب سے عام ایپلی کیشنز ذرہ نمبر، حجم اور درجہ حرارت کو مستقل رکھتی ہیں، اور اسی طرح این وی ٹی اینسمبل میں ہوتی ہیں۔ متبادل طور پر، حجم کے بجائے دباؤ کو مستقل رکھا جاتا ہے، تاکہ تخروپن این پی ٹی کے مجموعے میں ہو۔ متوازی اصول میں، ملی سیکنڈ کے لیے کیوبک مائکرون تک پہنچنے والے بہت بڑے نظاموں کے تخروپن، بیولف طرز کے کلسٹر میں متعدد پروسیسرز پر چلنے والے ڈی پی ڈی کے متوازی نفاذ کا استعمال کرتے ہوئے ممکن ہیں۔ چونکہ غیر پابند قوتیں ڈی پی ڈی میں مختصر فاصلے پر ہوتی ہیں، اس لیے مقامی ڈومین سڑنے کی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے ڈی پی ڈی کوڈ کو بہت مؤثر طریقے سے متوازی بنانا ممکن ہے۔ اس اسکیم میں، کل تخروپن کی جگہ کو متعدد کیوبائڈل علاقوں میں تقسیم کیا گیا ہے جن میں سے ہر ایک کو کلسٹر میں ایک الگ پروسیسر کو تفویض کیا گیا ہے۔ ہر پروسیسر ان تمام موتیوں کی حرکت کی مساوات کو مربوط کرنے کا ذمہ دار ہوتا ہے جن کے کمیت کے مراکز اس کی جگہ کے علاقے میں ہوتے ہیں۔ ہر پروسیسر کی جگہ کی حدود کے قریب واقع صرف موتیوں کو پروسیسرز کے درمیان مواصلات کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ تخروپن موثر ہے، اہم ضرورت یہ ہے کہ ذرہ-ذرہ تعاملات کی تعداد جس میں انٹر پروسیسر مواصلات کی ضرورت ہوتی ہے، ہر پروسیسر کے علاقے کے بڑے حصے میں ذرہ-ذرہ تعاملات کی تعداد سے بہت کم ہو۔ موٹے طور پر، اس کا مطلب یہ ہے کہ ہر پروسیسر کو تفویض کردہ جگہ کا حجم اتنا بڑا ہونا چاہیے کہ اس کا سطح کا رقبہ (قوت کٹ آف فاصلے کے مقابلے میں فاصلے سے ضرب) اس کے حجم سے بہت کم ہو۔ ایپلی کیشنز ڈی پی ڈی کا استعمال کرتے ہوئے مختلف قسم کے پیچیدہ ہائیڈروڈائنامک مظاہر کی تقلید کی گئی ہے، یہاں کی فہرست لازمی طور پر نامکمل ہے۔ ان تخروپن کا مقصد اکثر سیال کی میکروسکوپک غیر نیوٹنین بہاؤ کی خصوصیات کو اس کی خوردبین ساخت سے جوڑنا ہوتا ہے۔ اس طرح کے ڈی پی ڈی ایپلی کیشنز کنکریٹ کی ریوولوجیکل خصوصیات کی ماڈلنگ سے لے کر بائیو فزکس میں لیپوسوم کی تشکیل کی تقلید کرنے سے لے کر دیگر حالیہ تین مراحل کے مظاہر جیسے متحرک گیلا پن تک ہیں۔ ڈی پی ڈی طریقہ کار نے خون کے خلیات اور پولیمر مائیکلز جیسی خراب اشیاء پر مشتمل متنوع کثیر مرحلے کے بہاؤ کی ماڈلنگ میں بھی مقبولیت حاصل کی ہے۔ 1990 کی دہائی کے اوائل میں پہلی بار تجویز کیے جانے کے بعد سے ڈی پی ڈی طریقہ کار کے مختلف اہم پہلوؤں کی پیشرفت کا مکمل سراغ "ڈسیپیٹو پارٹیکل ڈائنامکس: انٹروڈکشن، میتھوڈولوجی اینڈ کمپلیکس فلوڈ ایپلی کیشنز-اے ریویو" میں پایا جا سکتا ہے۔ ڈی پی ڈی میں جدید ترین 2008 میں سی ای سی اے ایم ورکشاپ میں پکڑا گیا تھا۔ وہاں پیش کی گئی تکنیک میں اختراعات میں توانائی کے تحفظ کے ساتھ ڈی پی ڈی ؛ غیر مرکزی رگڑ قوتیں جو سیال کی چپچپا کو ٹیون کرنے کی اجازت دیتی ہیں ؛ پولیمر کے درمیان بانڈ کراسنگ کو روکنے کے لیے ایک الگورتھم ؛ اور ایٹمسٹک مالیکیولر ڈائنامکس سے ڈی پی ڈی انٹرایکشن پیرامیٹرز کی خودکار انشانکن شامل ہیں۔ حال ہی میں، تجرباتی مشاہدہ کے خلاف خودکار انشانکن اور پیرامیٹرائزیشن کی مثالیں دکھائی گئی ہیں۔ مزید برآں، تعامل کے ممکنہ انشانکن اور پیرامیٹرائزیشن کے مقصد کے لیے ڈیٹا سیٹس کی کھوج کی گئی ہے۔ سوائپ اور دیگر نے ادبی اعداد و شمار کا تفصیلی تجزیہ اور کریٹیکل مائیکل کنسنٹریشن (سی ایم سی) اور مائیکلر مین ایگریگیشن نمبر (ناگ) پر مبنی ایک تجرباتی ڈیٹا سیٹ فراہم کیا ہے۔ ڈی پی ڈی کا استعمال کرتے ہوئے مائیکلر سمیلیشنز کی مثالیں پہلے بھی اچھی طرح سے دستاویزی ہیں۔ حوالہ جات دستیاب پیکیجز کچھ دستیاب تخروپن پیکیجز جو (بھی) ڈی پی ڈی تخروپن انجام دے سکتے ہیں وہ ہیں: سی یو ایل جی آئی: کیمسٹری یونیفائیڈ لینگویج انٹرفیس، کلگی بی وی، نیدرلینڈز ڈی ایل _ میسو: اوپن سورس میسو اسکیل تخروپن سافٹ ویئر۔ DPDmacs ESPResSo: سافٹ میٹر سسٹمز پر تحقیق کے لیے ایکسٹینسیبل سیمولیشن پیکیج-اوپن سورس فلوڈکس: ون زیرو سافٹ ویئر سے دستیاب فلوڈکس سیمولیشن سوٹ۔ جی پی آئی یو ٹی ایم ڈی: بہت سے ذرات کی حرکیات کے لیے گرافیکل پروسیسرز گرومیکس-ڈی پی ڈی: ڈی پی ڈی سمیت گرومیکس کا ایک ترمیم شدہ ورژن۔ ہومڈ بلیو: انتہائی بہتر آبجیکٹ پر مبنی کئی ذرات کی حرکیات-بلیو ایڈیشن ایل اے ایم ایم پی ایس میٹریل اسٹوڈیو: میٹریل اسٹوڈیو-کیمیکلز اور مواد کا مطالعہ کرنے کے لیے ماڈلنگ اور تخروپن، ایکسلریس سافٹ ویئر انکارپوریٹڈ۔ او ایس پی آر ای-ڈی پی ڈی: اوپن سورس پولیمر ریسرچ انجن-ڈی پی ڈی سمپلر: فریبرگ یونیورسٹی کا ایک فری ویئر سمبولک پارٹیکل سمیلیٹر۔ سن لائٹ ڈی پی ڈی: اوپن سورس (جی پی ایل) ڈی پی ڈی سافٹ ویئر۔ بیرونی روابط ڈی پی ڈی تخروپن تکنیک بذریعہ ایم اے ٹی ڈی ایل (میٹریلز ڈیجیٹل لائبریری پاتھ وے) (ایم اے ٹی ڈی ایل) کنڈینسڈ میٹر فزکس سافٹ میٹر کمپیوٹیشنل فلوئڈ ڈائنامکس غیر نیوٹونی سیال