ATOMIC MATTERS  oraz ATOMIC MATERS MFA
są systemami obliczeniowymi bazującymi na obliczeniach subtelnej struktury elektronowej jonów/atomów w sytuacji gdy na niezamkniętą powłokę elektronową oddziałuje potencjał elektrostatyczny o definiowalnej symetrii oraz pole magnetyczne. Przez  przeszło dekadę tworzyliśmy przyjazne użytkownikowi oprogramowanie pozwalające w ścisłym kwantowo-mechanicznym rygorze modelować te właściwości materii, których natura ma charakter jednojonowy (jednoatomowy).  Metody obliczeniowe aplikacji ATOMIC MATTERS, opracowane w oparciu o teorie pola krystalicznego (CEF) oraz własne procedury operacji generowania i diagonalizacji macierzy (operatorów ekwiwalentnych) o elementach zespolonych są w ścisłej zgodności z konwencją i metodologią współczesnej fizyki atomowej, fizyki ciała stałego i technikami numerycznymi opisywanymi w powszechnie poważanych środowiskowo, publikacjach naukowych. Konsekwentnie dążąc do maksymalnego uproszczenia interface’u aplikacji osiągnęliśmy możliwość prowadzenia rzetelnego procesu badawczego w obszarze właściwości materiałów magnetycznych, optycznie aktywnych itp. oraz prognozowania właściwości związków stałych w przyjaznym, interaktywnym środowisku graficznym bez konieczności znajomości zawiłości związanych z aksjomatyką, formalizmem i metodologią mechaniki kwantowej. Dzięki zaimplementowanej logice działania aplikacji, możliwe jest  prognozowanie właściwości magnetycznych cieplnych i elektronowych w zakresie  całych szeregów  izostrukturalnych.  Oznacza to, że ATOMIC MATTERS dostarcza możliwości przewidywania tych właściwości fizycznych materiałów, które mają naturę pochodzącą od zlokalizowanych stanów elektronowych. Z praktycznego punktu widzenia, rola tych stanów elektronowych dla właściwości magnetycznych, spektralnych i kalorymetrycznych w przypadku materiałów zawierających metale przejściowe, metale ziem rzadkich, uranowce jest absolutnie fundamentalna. Systemy obliczeniowe ATOMIC MATTERS oraz ATOMIC MATTERS MFA wyposażone są w systemy symulacji właściwości makroskopowych materiału na podstawie obliczeń statystycznych pojedynczego jonu, co oznacza uzyskiwanie całych temperaturowych przebiegów właściwości takich jak:

  • energia swobodna F(T)
  • energia wewnetrzna U(T)
  • entropia magnetyczna Smag(T)
  • podatność magnetyczna obliczana dla różnych kierunków przyłożonego pola zewnętrznego χi(T) w stanie paramagnetycznym.
  • formowanie magnetycznego stanu uporządkowanego (tylko Atomic Matters MFA)
  • spinowy i orbitalny wkład do całkowitego momentu powłoki elektronowej.
  • ciepło właściwe zlokalizowanych układów elektronowych - tzw. ciepło Schottky'ego cSchottky(T) dla układu stanów struktury subtelnej Ei niezależnego od temperatury oraz dla magnetycznych przejść fazowych  (tylko Atomic Matters MFA)
  • struktura stanów  Ei  (oraz Ei (T) dla procesu formaowania stanu uporządkowanego magnetycznie- tylko Atomic Matters MFA) oraz obliczone elementy macierzowe międzystanowe dla prawdopodobieństwa ekscyacji i analizy widmowej.
  • moment magnetyczny jonu/atomu oraz namagnesowanie w stanie ferrro/antyferromagnetycznym (tylko Atomic Matters MFA);
  • stałe anizotropii magnetokrystalicznej Ki(T) (tylko Atomic Matters MFA ).

Taki zestaw uzyskiwanych właściwości, wraz z narzędziami do:

  • przeliczania współczynników pola krystalicznego pomiędzy różnymi podstawnikami jonowymi w izostrukturalnych szeregach,
  • przeliczania współczynników pola krystalicznego pomiędzy różnymi konwencjami pola krystalicznego (CEF, CF, ZFS), różnymi przestrzeniami (bazami obliczeń) oraz różnymi systemami obliczeniowymi i układami jednostek,
  • interaktywnej, trójwymiarowej wizualizacji i kreacji potencjału CEF (silnik graficzny OpenGL)
  • szacowania wartości współczynników CEF na podstawie Modelu Ładunków Punktowych (PCM Point Charge Model)
  • równoległego porównywania całych serii wynikowych należących do różnych kompletów związanych z obliczeniami w prowadzonymi w różnych przestrzeniach lub parametrach

czyni z systemów obliczeniowych  ATOMIC MATTERS oraz ATOMIC MATTERS MFA bezprecedensowo silne narzędzia do przewidywania właściwości nowych, ważnych technologicznie, materiałów.

O ile ATOMIC MATTERS pozwala symulować właściwości materii w stanach ustalonych, ATOMIC MATTERS MFA pozwala symulować magnetyczne przejścia fazowe w oparciu o przybliżenie pola średniego MFA (Mean Field Approximation) z dynamicznym, samouzgodnionym obliczaniem wartości pola molekularnego w funkcji temperatury. Dzięki użyciu najnowocześniejszych metod numerycznych do diagonalizacji zespolonych macierzy hamiltonianów oddziaływań elektronów symulowanego jonu/atomu osiągnęliśmy prędkość działania programu pozwalającą na uzyskanie pełnego zestawu wyników obliczeniowych (dla obliczeń typowych, bez narzucenia cykliczności pracy) w czasie rzędu sekund na sprzęcie komputerowym PC o niewygórowanych parametrach. Sposób pracy wszystkich aplikacji grupy ATOMIC MATTERS polega na generowaniu kompletnych, zindywidualizowanych w postaci wykresów, diagramów i projekcji 3D kompletów danych wejściowo- wyjściowych na zestawach zakładek o intuicyjnej, hierarchicznej strukturze. Przedstawiona jest ona wizualnie w postaci warstw zakładek grupujących serie wyników. Pozwala to na szybką weryfikację wpływu określonego oddziaływania na strukturę jonu/atomu oraz wpływu tej zmiany na właściwości makroskopowej próbki materiału. Operując na całych zestawach danych wyjściowych i wejściowych łączących geometrię otoczenia jonu paramagnetycznego w sieci krystalicznej z właściwościami makroskopowego kryształu idealnego,  składającego się z takich jonów/atomów oraz jonów/atomów zamkniętopowłokowych, nie wnoszących wkładu paramagnetycznego, symulujemy te właściwości materiału realnego, które mają naturę najbardziej pierwotną. ATOMIC MATTERS to narządzie, dzięki któremu można szybko i efektywnie symulować wpływ pola elektrycznego określonego przez szereg potencjałów multipolowych (kwadrupola, oktupola etc.) o zdefiniowanych symetriach lokalnych oraz stałego pola magnetycznego o zadanym kierunku w przestrzeni, na jon/atom z niezamkniętą powłoką (czyli tzw. jon/atom paramagnetyczny, jon/atom metali przejściowych), dowolnie wybrany z Układu Okresowego Pierwiastków (tablicy Mendelejewa). Aplikacja ATOMIC MATTERS pozwala oglądać i dowolnie składać potencjały rozwinięcia szeregu multipolowego (w postaci harmonik tesseralnych, później realizowanych obliczeniowo w wielowlowymiarowej przestrzeni krętowych liczb kwantowych za pomocą języka operatorów wprowadzonych do f.c.s przez K.W.H. Stevensa  – patrz podstawy teoretyczne), w  którym, zgodnie z regułami fizyki atomowej możesz umieścić wybrany jon paramagnetyczny i po uruchomieniu obliczeń (okrągły przycisk na belce programu) uzyskać zestaw wyników obliczeniowych  dla tak zdefiniowanego kryształu (w funkcji temperatury na zadanym jej przedziale). Operacja umieszczania różnych jonów/atomów w tym samym potencjale pozwala względnie skutecznie symulować własności całych szeregów związków (oczywiście, przy ich względnej izostrukturalności, przynajmniej w zakresie bezpośredniego otoczenia jonu/atomu paramagnetycznego).
Przedstawiamy zatem aplikację pozwalającą jasno, ściśle i poprawnie teoretycznie zaaplikować fizykę atomu/jonu poddanemu wpływowi pola elektrostatycznego zgodnie z koncepcją Pola Krystalicznego (CEF-Crystal Electric Field, w formalizmie operatorów równoważnych Stevensa, bezpośrednio definiowanym przez twierdzenie Wignera-Eckarta), o współczynnikach definiowanego na wiele sposobów (w tym poprzez model ładunków punktowych, lub wizualizację interaktywną w trzech wymiarach-3D). W każdym miejscu wyboru metod lub zastosowania ewentualnych przybliżeń, aplikacja ustawi wybór domyślny na standard uznawany przez fizykę ciała stałego dla danego jonu/atomu lub klasy zagadnień. Dla wartości stałych atomowych używanych do obliczeń masz możliwość przyjęcia parametrów domyślnych – tablicowych lub urealnionych dla typowych sytuacji rachunkowych (których pochodzenie możesz dokumentować i weryfikować), możesz jednak prowadzić rachunki z pełną dowolnością – dobór metod i wartości parametrów jest całkowicie otwarty. Dbając o pełną kontrolowalność obliczeń dajemy pełną władzę nad wprowadzanymi stałymi, których wartość można edytować w zewnętrznych plikach programu wraz z notatką o pochodzeniu wartości edytowanej stałej. Możliwość wglądu wartości składowych elementów  wygenerowanej macierzy hamiltonianów dla zadanych parametrów wejściowych pozwala porównywać pełne komplety wynikowych danych z wielu (do 99) obliczeń a każda zależność przedstawiana na wykresie może być uzupełniana danymi porównawczymi (np. eksperymentalnymi, literaturowymi) wprowadzanymi wprost z klawiatury lub poprzez schowek do wygodnego, rozwijalnego arkusza.  Szereg narzędzi zintegrowanych z aplikacjami ATOMIC MATTERS oraz ATOMIC MATTERS MFA pozwala na symulacje, transformacje, przeliczenia, porównania i wizualizacje wielu właściwości będących kanonem (modelowym punktem odniesienia) klasycznej fizyki ciała stałego takie jak sieciowe ciepło właściwe Debye’a, wielopoziomowe ciepło elektronowe typu Schottky’ego, entropię statystyczną,  prawo Curie i wiele innych.