Wang-Landau及其改进算法在聚合物系统中的应用

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本文采用一种新颖的Monte Carlo算法-Wang-Landau(WL)算法对单链均聚物体系进行了研究,并采用其改进算法Wang-Landau Transition Matrix(WL-TM)算法对A-b-B双嵌段共聚物熔体体系进行了模拟研究。 首先,我们详细地介绍了WL算法的理论背景及其具体算法过程,并把该算法应用于二维Ising模型对程序进行了检验,确保了程序的正确性。 然后,我们采用WL算法研究了均聚物单链系统中的相变问题,并计算了体系的热力学量,如自由能F,内能U等。将WL算法的结果与模拟退火算法的结果进行了比较发现,WL算法对于单链简单系统比模拟退火算法有效:首先大大缩短了计算所需的时间,其次计算精度尤其是低温下的精度要比Metropolis算法的高,同时,Wang-Landau方法还能够计算体系的自由能F,熵S等热力学量,而这些量是模拟退火算法无法计算的。 另外,我们采用WL算法的一种改进版本-WL-TM算法对双嵌段共聚物体系的有序-无序转变(ODT)进行了研究。我们发现,对于不同体积分数的系统,随着温度的降低,体系将会发生无序-柱状相、无序-穿空层状相以及无序-层状相等形态转变。根据相变温度时的能量几率分布函数,我们得到相应的相变为一级相变,这与以前的研究结果一致。同时,我们简要地绘制了部分相图,并发现采用WL-TM算法得到的相图与采用自洽平均场理论(SCFT)计算的相图、传统蒙特卡罗方法得到的相图及实验相图一致。把WL-TM算法的计算结果与模拟退火算法得到的结果进行比较发现,WL-TM方法在确定ODT转变温度及判断相变类型方面更为有效。
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