پایگاه داده مواد: بخش A - مقدمه

این صفحه توضیح می‌دهد که چه چیزهایی در پایگاه داده مواد OghmaNano وجود دارد، چگونه مدخل‌ها را باز و ویرایش کنید، چگونه داده‌های n–k یا جذب را وارد کنید (شامل تبدیل واحد)، و مواد در کجا روی دیسک ذخیره می‌شوند.

1. نمای کلی

پایگاه داده مواد OghmaNano مجموعه‌ای از خواص فیزیکی و مرجع را برای هر ماده ذخیره می‌کند. این‌ها در دسته‌بندی‌هایی سازمان‌دهی شده‌اند تا شبیه‌سازی‌ها بتوانند از داده‌های متمرکز و سازگار استفاده کنند. اطلاعات اصلی شامل موارد زیر است:

ثابت‌های نوری:
- ضریب شکست n(λ) (بدون بعد - و بخش حقیقی ضریب شکست را نمایش می‌دهد) ??
- ضریب جذب α(λ) (m⁻¹ - و بخش موهومی ضریب شکست را نمایش می‌دهد) ??
- طیف گسیل نرمال‌شده ??
فراداده‌های پایه: رنگ فیزیکی برای ترسیم‌های سه‌بعدی، نوع ماده، تنظیمات حریم خصوصی، و گزارش تغییرات ??.
پارامترهای الکتریکی (فقط مرجع): این مقادیر مستقیماً بر شبیه‌سازی‌ها اثر نمی‌گذارند؛ آن‌ها به‌عنوان «حقیقت مبنا» برای بازگردانی مواد تغییر‌یافته عمل می‌کنند. استثنا، طرح‌های نمودار نوار هستند: اگر Ec/Ev در یک دستگاه تعریف نشده باشند، رابط کاربری به این مقادیر مرجع بازمی‌گردد ??.
خواص حرارتی: رسانندگی، زمان‌های آرامش، و پارامترهای مرتبط ??.
داده‌های چرخه عمر: چگالی، هزینه بر کیلوگرم، و انرژی بر کیلوگرم برای محاسبات انرژی نهفته و هزینه ??.

این مجموعه‌داده‌ها در کنار هم یک تعریف مرکزی و سازگار از هر ماده برای استفاده در تمام شبیه‌سازی‌ها فراهم می‌کنند.

ویرایشگر Material در OghmaNano که ضریب شکست ماده را به‌عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد — ضریب شکست برحسب طول موج

ویرایشگر Material در OghmaNano که طیف جذب ماده را به‌عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد — طیف جذب برحسب طول موج

ویرایشگر Material در OghmaNano که طیف گسیل نوری ماده را به‌عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد — طیف گسیل نوری برحسب طول موج

ویرایشگر Material در OghmaNano که پارامترهای پایه شامل رنگ ماده، نوع، گزینه‌های حریم خصوصی، و گزارش تغییرات را نشان می‌دهد — پارامترهای پایه: رنگ، نوع، و گزارش تغییرات

ویرایشگر Material در OghmaNano که پارامترهای الکتریکی ذخیره‌شده برای ماده را نشان می‌دهد. این‌ها مقادیر مرجع هستند و مستقیماً در شبیه‌سازی استفاده نمی‌شوند. — پارامترهای الکتریکی ذخیره‌شده (فقط مرجع)

ویرایشگر Material در OghmaNano که پارامترهای حرارتی مانند رسانندگی و زمان‌های آرامش حامل را نشان می‌دهد — پارامترهای حرارتی

ویرایشگر Material در OghmaNano که پارامترهای چرخه عمر شامل چگالی، هزینه بر کیلوگرم، و انرژی بر کیلوگرم را نشان می‌دهد — پارامترهای چرخه عمر: چگالی، هزینه، و انرژی بر کیلوگرم

2. دسترسی به پایگاه داده مواد

پایگاه داده مواد را از ریبون Databases با کلیک روی آیکون Materials Database باز کنید ??. این کار مرورگر Materials Database را اجرا می‌کند ??، که پوشه‌های سطح بالا را در کنار مواد منفرد که با آیکون‌های «اتم» نمایش داده شده‌اند نشان می‌دهد. برای کاوش کتابخانه ساختاریافته روی یک پوشه دوبار کلیک کنید—که بر اساس رده ماده (مثلاً فلزات، اکسیدها، شیشه‌ها) سازمان‌دهی شده است و یک مجموعه اختصاصی واردشده از refractiveindex.info را نیز شامل می‌شود. برای باز کردن نماهای خواص ماده که در بالا توضیح داده شد روی یک آیکون اتم کلیک کنید. از Help برای راهنمایی، و از Add Material برای ایجاد یک مدخل جدید یا وارد کردن مجموعه‌داده‌های خود استفاده کنید.

ریبون Databases در OghmaNano با آیکون Materials database که برجسته شده است—نقطه ورود برای باز کردن پایگاه داده مواد — دسترسی به پایگاه داده Materials از ریبون Databases

نمای اولیه مرورگر پایگاه داده Materials که دسته‌های مواد در سطح بالا، نوار آدرس، و دکمه‌های Add Material و Help را نشان می‌دهد — نمای اولیه پایگاه داده Materials (دسته‌های سطح بالا)

3. افزودن مواد به پایگاه داده

برای افزودن یک ماده جدید، Materials database را باز کنید، سپس روی add material در بالای سمت راست پنجره کلیک کنید (??)، این کار یک کادر محاوره‌ای باز می‌کند که از شما می‌خواهد برای ماده جدید خود نامی وارد کنید، این موضوع در شکل ?? دیده می‌شود. در این مورد ما نام ماده را my_new_material گذاشتیم.

پنجره پایگاه داده Materials در OghmaNano که دکمه Add Material را در حالت برجسته نشان می‌دهد — افزودن یک ماده جدید به *Materials database* با استفاده از دکمه *Add Material*.

پنجره محاوره‌ای در OghmaNano که درخواست نام ماده جدید را می‌کند، با نمونه 'my_new_material' — نام‌گذاری یک ماده جدید در پنجره *Materials database*.

وقتی روی OK کلیک کردید، ماده جدید ظاهر خواهد شد، به شکل [fig:materialadd4] نگاه کنید، با دوبار کلیک آن را باز کنید. این کار یک پنجره ماده خالی و بدون داده باز خواهد کرد. به شکل [fig:materialadd5] نگاه کنید.

پنجره پایگاه داده Materials در OghmaNano که ماده تازه‌ساخته‌شده 'my_new_material' را با برجسته‌سازی قرمز نشان می‌دهد — ماده جدید `my_new_material` که به *Materials database* افزوده شده است.

پنجره ویرایشگر Material در OghmaNano برای یک ماده تازه‌ساخته‌شده، که زبانه‌های خالی داده برای Absorption، Refractive index، Basic، Electrical parameters، و Thermal parameters را نشان می‌دهد — پنجره *Material editor* برای ماده تازه‌ساخته‌شده `my_new_material` که در ابتدا فاقد داده است.

4. درک داده‌های n/k (داده‌های n/alpha)

پیش از آن‌که تلاش کنید داده‌های n/k (داده‌های n/alpha) را به OghmaNano اضافه کنید، مهم است که درک کنید داده‌های n–k چیست. داده‌های n–k ضریب شکست مختلط یک ماده را توصیف می‌کنند: بخش حقیقی n و بخش موهومی k.

n (ضریب شکست حقیقی): تعیین می‌کند نور هنگام ورود به ماده چگونه خم می‌شود (مثلاً انحراف پرتویی که با یک منشور می‌بینید).
k (ضریب خاموشی): اتلاف نوری ناشی از جذب را تعیین می‌کند. ماده‌ای با k بالا به‌شدت جذب می‌کند (مثلاً آب گل‌آلود)؛ ماده‌ای با k پایین به‌ضعف جذب می‌کند (مثلاً آب زلال).

چندین روش مختلف وجود دارد که در ادبیات، اتلاف نوری را به آن شکل می‌بینید. شکل‌های رایج شامل ضریب جذب α (اتلاف بر متر، با واحد m⁻¹)، ضریب خاموشی k (بخش موهومی ضریب شکست، بدون بعد)، و جذب‌مندی (که چگالی نوری نیز نامیده می‌شود)، است که یک اندازه‌گیری لگاریتمی از عبور است و معمولاً در طیف‌سنجی استفاده می‌شود. توجه به این نکته مهم است که این‌ها همگی در اصل یک کمیت فیزیکی یکسان‌اند، فقط در شکل‌های مختلف بیان شده‌اند. OghmaNano ضریب جذب α را با واحد m⁻¹ می‌پذیرد. کادر زیر تفاوت‌های میان این کمیت‌ها و نحوه تبدیل بین آن‌ها را توضیح می‌دهد.

n، k، و جذب α — در یک نگاه

ضریب شکست مختلط برابر است با \( N(\lambda) = n(\lambda) + i\,k(\lambda) \)، که در آن \(n\) (ضریب شکست) و \(k\) (ضریب خاموشی) بدون بعد هستند. OghmaNano این موارد را ذخیره می‌کند:

n(λ) در n.csv (بدون بعد)
α(λ) — ضریب جذب — در alpha.csv (\(\mathrm{m^{-1}}\))

اگر به‌جای \( \alpha(\lambda) \)، \(k(\lambda)\) را داشته باشید، واردکننده با استفاده از رابطه زیر تبدیل را انجام می‌دهد: \( \displaystyle \alpha(\lambda) = \frac{4\pi\,k(\lambda)}{\lambda} \) (با \( \lambda \) بر حسب متر → \( \alpha \) بر حسب \( \mathrm{m^{-1}} \)).

از جذب‌مندی/چگالی نوری (A) یا عبور (T)

\( A = -\log_{10}(T) \)
\( \displaystyle \alpha = (\ln 10)\,\frac{A}{d} \) که در آن \( d \) ضخامت فیلم (m) است

واحدهای مورد استفاده: \( \lambda \) بر حسب متر (m)؛ \(n\) و \(k\) بدون بعد؛ \( \alpha \) بر حسب \( \mathrm{m^{-1}} \). منحنی‌هایی که با “a.u.” برای جذب برچسب‌گذاری شده‌اند، مستقیماً قابل استفاده نیستند.

مثال حل‌شده — تبدیل \(k \rightarrow \alpha\)

با داشتن \( k=0.02 \) در \( \lambda=500\,\mathrm{nm}=5.00\times10^{-7}\,\mathrm{m} \):

\( \displaystyle \alpha = \frac{4\pi k}{\lambda} = \frac{4\pi \times 0.02}{5.00\times10^{-7}} \approx 5.03\times10^{5}\ \mathrm{m^{-1}} \).

5. وارد کردن داده‌های n/alpha (یا داده‌های n/k)

روی Import data from file در بالا-چپ پنجره ماده ?? کلیک کنید تا Import Data wizard باز شود ??. اگر زبانه Refractive Index را باز داشته باشید، وقتی روی Import Data from File کلیک کنید، داده‌ها در مجموعه‌داده ضریب شکست وارد خواهند شد. اگر زبانه Absorption را انتخاب کرده باشید، داده‌ها در مجموعه‌داده جذب وارد می‌شوند. مطمئن شوید که داده درست را در زبانه درست وارد می‌کنید. ویزارد فایل شما را بارگذاری می‌کند، ستون‌های آن را نگاشت می‌کند، و واحدها را به قالبی که OghmaNano استفاده می‌کند تبدیل می‌کند.

قالب‌های فایل مورد انتظار (دو ستون، SI):

ضریب شکست n(λ): طول موج (m) در برابر ضریب شکست (بدون بعد).
جذب α(λ): طول موج (m) در برابر ضریب جذب (m⁻¹).

اگر منبع شما از واحدهای دیگری استفاده می‌کند (مثلاً nm، μm، cm⁻¹، یا eV برای انرژی فوتون)، ویزارد آن‌ها را تبدیل می‌کند (مثلاً nm → m، cm⁻¹ → m⁻¹، eV → m از طریق λ = hc/E). اگر فایل شما k(λ) داشته باشد، ویزارد همچنین می‌تواند جذب را با استفاده از α(λ) = 4πk(λ)/λ محاسبه کند.

روند کار:

فایل متنی/CSV خود را باز کنید.
پیش‌نمایش را بررسی کنید (پنل چپ).
واحدهای محور x (طول موج) و کمیت و واحد محور y (n، k، یا α) را انتخاب کنید. این‌ها باید با واحدهای داده ورودی شما مطابقت داشته باشند
داده‌های SI تبدیل‌شده را بررسی کنید (پنل راست).
برای ذخیره آن در ماده روی Import data کلیک کنید.

نمای ویزارد در ?? نشان داده شده است؛ پس از وارد کردن، نمودارها در ویرایشگر ماده به‌روزرسانی می‌شوند ??. اگر فقط جذب را وارد می‌کنید، به یاد داشته باشید که پیش از استفاده از ماده در شبیه‌سازی، ضریب شکست را نیز فراهم کنید.

پنجره واردکننده داده در OghmaNano که مراحل وارد کردن داده ماده را با ناحیه‌های برچسب‌گذاری‌شده a) تا f) نشان می‌دهد — پنجره *Data importer* در OghmaNano که روند کار وارد کردن داده ماده را نشان می‌دهد: a) باز کردن فایل داده، b) پیش‌نمایش فایل واردشده، c) انتخاب واحدهای محور x، d) انتخاب واحدهای محور y، e) فایل تبدیل‌شده در واحدهای SI، f) وارد کردن داده.

ویرایشگر Material در OghmaNano که داده طیف جذب واردشده برای my_new_material را نشان می‌دهد — طیف جذب واردشده

خطاهای رایج

جذب با واحد “a.u.” یا نرمال‌شده تا 1 → قابل استفاده نیست، زیرا اطلاعات بزرگی خود را از دست داده است..
مقادیر نهایی واردشده در واحدهای SI خواهند بود، به آن‌ها نگاه کنید - آیا معقول هستند - یک بررسی مرتبه بزرگی تقریبی انجام دهید؟

👉 گام بعدی: اکنون به بخش B ادامه دهید تا نکاتی درباره یافتن داده‌های n/k برای سامانه ماده خود به‌دست آورید.