クアンテモル

Quantemol Ltd は、2004 年にジョナサン テニスン教授 (FRS) とダニエル ブラウン博士によって設立され、ユニバーシティ カレッジ ロンドンに拠点を置いています。同社は当初、電子多原子分子の相互作用をモデル化するために使用される、高度に洗練された UK 分子 R マトリックス コードに完全にアクセスできる独自のソフトウェア ツール Quantemol-N を開発しました。その後、Quantemol は、2013 年に Quantemol-VT でプラズマおよび産業用プラズマ ツールを使用したシミュレーションの種類をさらに拡大し、2016 年には、さまざまなプラズマの化学的および放射輸送特性を表す持続可能なデータベース Quantemol-DB を立ち上げました。

Quantemol-N ソフトウェア システムは、UK R マトリックス コードの使用を簡素化するために開発されました。専門家以外のユーザーがab initio電子分子散乱計算を実行するためのインターフェイスを提供します。Quantemol-N は、次のような電子分子衝突のさまざまな観測値を計算します。

• 弾性断面
• 電子励起断面積
• 電子衝突解離率
• 共鳴パラメータ
• 半径方向電荷密度の計算
• 解離電子付着断面積
• 電離断面積
• 微分断面積
• 運動量伝達断面積
• 振動励起断面積

Quantemol-N はさまざまな問題に対処することができます。

• 閉殻分子
• 開殻分子とラジカル
• 中性および正電荷を帯びた種
• 最大 17 個の原子からなる分子。(ネオペンタンはシミュレーションに成功しており、将来的にはより多くの原子を扱えるように改良され、生体分子へと急速に移行しています)

重要なベンチマーク分子である水に関する研究では、実験で得られるよりも正確な結果が得られました (Faure et al. 2004)。

実験的には、低角度で大きな断面積を測定すると問題が生じます。これは、大きな双極子モーメントを持つあらゆる分子に当てはまります。シミュレーションであるため、Quantemol-N ではこれは問題になりません。

• Quantemol-N: R行列法を用いた電子分子衝突計算を実行するエキスパートシステム

ジョナサン・テニスン、ダニエル・B・ブラウン、ジェームズ・J・マンロー、イリーナ・ロズム、ヘマル・N・ヴァランビア、ナタリア・ヴィンチ

物理学ジャーナル：カンファレンスシリーズ86、012001（2007）

土井: 1742-6596/86/1/012001

• HBrによる電子の散乱断面積データの計算

ラドミロヴィッチ・ラジェノヴィッチ M.、ペトロヴィッチ ZL、

Acta Physica Polonica A、117 (2010)、745-747

• 炭素一硫化物（CS）分子の電子衝撃回転励起

Varambhia HN、Faure A.、Graupner K.、他。

王立天文学会月報、403（2010）、1409-1412

• BF3による電子の散乱断面積

M. ラドミロヴィッチ ラジェノヴィッチ、HN ヴァランビア、M. ヴラニッチ、J. テニスン、Z. Lj。ペトロヴィッチ。

出版アストロン観測ベオグラード第84号（2008年）、57-60

• 低エネルギー電子アルカン衝突のR行列計算

ヘマル・N・ヴァランビア、ジェームズ・J・マンロー、ジョナサン・テニスン

国際質量分析ジャーナル、271、1-7（2008）

• R行列法を用いたHCNおよびHNC分子との電子衝突

ヘマル・N・ヴァランビアとジョナサン・テニスン

物理学ジャーナルB：原子、分子および光物理学、40、1211-1223（2007）

• ツールが量子モデリングへの扉を開く

2005年3月29日、ハリー・イェイツ、エレクトロニクス・ウィークリー

• プラズマエッチングとレーザーから地球の電離層まで、Quantemol-N

2005年3月15日、III-Vsレビュー

Quantemol-Electron Collisions は Python ベースのソフトウェアで、最新の R 行列コード (UKRMol+) と、バイナリ エンカウンター ベーテ (BEB) モデル、BEf スケーリング、解離電子付着断面積推定などの他の方法を使用して、電子分子散乱断面積を計算できます。2019 年にリリースされ、Quantemol-N との主な違いは、UKRMol の代わりに UKRMol+ を使用し、分子ターゲットの設定にMolpro ソフトウェアを利用していることです。これらの変更により、分子構造の最適化/生成と対称性の識別が Molpro によって実行されるため、計算の精度が向上し、使いやすさが向上しました。

Quantemol-EC は、次のような電子分子衝突に関するさまざまな観測値を計算します。

• 弾性断面
• 電子励起断面積
• 超弾性/焼入れ/脱励起断面積
• 電子衝撃解離（標的分子の特性による）
• 散乱反応速度
• 反応速度のアレニウスパラメータ
• 共鳴パラメータ
• 解離性電子付着を推定する
• 微分断面積
• 運動量伝達断面積
• あらゆるエネルギーでの電子衝撃イオン化
• 回転励起断面積

Quantemol-N と同様に、Quantemol-EC は閉殻分子と開殻分子、ラジカル、中性および正に帯電した種に使用できます。

• Cooper, Bridgette; Tudorovskaya, Maria; Mohr, Sebastian; o'Hare, Aran; Hanicinec, Martin; Dzarasova, Anna; Gorfinkiel, Jimena; Benda, Jakub; Mašín, Zdeněk; Al-Refaie, Ahmed; Knowles, Peter; Tennyson, Jonathan (2019). 「Quantemol Electron Collisions (QEC): R-Matrix Method を用いた電子分子衝突計算のための強化エキスパートシステム」. Atoms . 7 (4): 97. Bibcode :2019Atoms...7...97C. doi : 10.3390/atoms7040097 .
• Mašín, Zdeněk; Benda, Jakub; Gorfinkiel, Jimena D.; Harvey, Alex G.; Tennyson, Jonathan (2020). 「UKRmol+: R マトリックス法を使用して、電子、陽電子、光子と相互作用する分子の電子プロセスをモデル化するためのスイート」。Computer Physics Communications。249 : 107092。arXiv : 1908.03018。Bibcode : 2020CoPhC.24907092M。doi : 10.1016 / j.cpc.2019.107092。S2CID 199511040  。
• Werner, Hans-Joachim; Knowles, Peter J.; Knizia, Gerald; Manby, Frederick R.; Schütz, Martin (2012). 「Molpro: 汎用量子化学プログラムパッケージ」Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science . 2 (2): 242–253. doi :10.1002/wcms.82. S2CID  94868368.
• テニスン、ジョナサン (2010)。「R 行列法を用いた電子–分子衝突計算」。物理学レポート。491 (2–3 ) : 29–76。Bibcode :2010PhR...491...29T。doi :10.1016/j.physrep.2010.02.001 。

共鳴フィットの場合:

• テニスン、ジョナサン; ノーブル、クリフ J. (1984)。「RESON—ブライト・ウィグナー共鳴の検出とフィッティングのためのプログラム」。コンピュータ物理通信。33 ( 4): 421–424。Bibcode :1984CoPhC..33..421T。doi : 10.1016/0010-4655(84)90147-4。

電子付着を計算する場合:

• Munro, James J.; Harrison, Stephen; Fujimoto, Milton M.; Tennyson, Jonathan (2012). 「解離性電子付着断面積推定器」. Journal of Physics: Conference Series . 388 (1): 012013. Bibcode :2012JPhCS.388a2013M. doi : 10.1088/1742-6596/388/1/012013 . S2CID  6265873.

バイナリ遭遇ベーテ（BEB）モデルの計算:

• Kim, Yong-Ki; Rudd, M. Eugene (1994). 「電子衝撃イオン化のためのバイナリ遭遇双極子モデル」. Physical Review A. 50 ( 5): 3954–3967. Bibcode :1994PhRvA..50.3954K. doi :10.1103/physreva.50.3954. PMID  9911367.

BE-fスケーリングを計算する場合:

• Kim, Yong-Ki (2001). 「中性原子の電子衝撃励​​起における平面波ボルン断面積のスケーリング」. Physical Review A. 64 ( 3): 032713. Bibcode :2001PhRvA..64c2713K. doi :10.1103/physreva.64.032713.

Quantemol-Virtual Tool は、産業用プラズマ処理ツールのシミュレーションのための専門ソフトウェア システムです。Q-VT は、非平衡低圧 (最大 1 Torr) プラズマ プロセスをシミュレートするために、著名なプラズマ物理学者 Mark Kushner 教授によって開発された、包括的に検証されたハイブリッド プラズマ装置モデル (HPEM) コードに基づいています。Q-VT には、直感的なユーザー インターフェイス、データの視覚化と分析機能、便利なジョブ/バッチ管理が含まれています。

アプリケーションには以下が含まれます:

• ツールの設計と開発
• 放電およびウェーハレベルの化学反応速度論のモデリング
• エッチング/堆積均一性モデル
• 傾斜効果を調べる（追加のフィーチャスケールプロファイルモデルと併用する場合、特にSynopsysソフトウェアと互換性がある）
• 大型ウエハサイズシミュレーション（12インチ以上）

Q-VT がモデル化できるもの:

• プラズマツールの形状変更
• 高度な体積および表面化学
• プロセスパラメータの変化による主要なプラズマ状態変数の変化
• ウェーハレベルのイオンフラックス：イオンエネルギー/角度分布関数、およびウェーハに沿ったすべての種のフラックス
• 非マクスウェル電子動力学
• 複雑な電磁プラズマ相互作用（電流コイル、永久磁石、多周波電源、プラズマ回路相互作用）

Q-VTの利点

• 実験的に検証されたシミュレーションシステム
• プラズマツールのモデリングに焦点を当てた実験的に検証されたシミュレーションシステム
• ユーザーフレンドリーなツールのようなインターフェース
• 検証済みのプラズマ化学と断面積のセットがライセンスとともに提供される
• 図書館の例には多数の部屋がある
• チャンバー設計と変更のための使いやすい描画ツール：ツールシミュレーションセットアップサービスも提供可能
• 追加モジュール（ダスト/放射線輸送、イオン運動学、外部回路など）を使用して複雑なプラズマ現象をモデル化する機能
• 多数のシミュレーションを管理するためのマルチ実行管理システム
• スカラーおよびベクトルプラズマ特性の高度な原子炉スケール可視化
• 実験結果のインポート
• クラスター上でジョブを簡単に分散および管理する機能

Quantemolデータベース（QDBまたはQuantemol-DB）は、 2016年にユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのQuantemol Ltdによって開発されたプラズマプロセスのデータベースです。データベースには、事前に組み立てられ検証された化学セットを使用したプラズマ化学モデリング用の化学データが含まれており、Quantemolと協力ユーザーによって更新されています。データベースとサービスの詳細を説明した査読済み記事は、2017年に発表されました。 ^[1]プラズマモデリングで最も困難な側面の1つは、化学データが不十分なことです。QDBの目的は、プラズマの挙動に影響を与えるプラズマ化学セットへのアクセス、比較、理解の向上を目的とした、学術研究と産業研究の共同作業のためのフォーラムを提供することです。

化学セットの検証のために確立された原則は次のとおりです。

1. オープンソース（利用可能な場合）からの実験的なベンチマークがあり、また、産業パートナー（Powerbase プロジェクトで協力）やデータベース貢献者によって直接提供されます。
2. さまざまなモデルに対して計算が実行され、入力データの基礎となる品質が反映されます (検証に使用されるモデルの例には、HPEM、Global_Kin、ChemKinなどがあります)。
3. データを生成するために使用されるモデルは、ケースごとに検証されます。
4. 数値的な不確実性は、可能な場合は検証のためにしきい値を設定して定量化されます。

この方法論は、国際原子力機関向けに作成された出版物「理論上の原子および分子データの不確実性推定」で確立された原則を使用して、原子および分子の計算に特に適用されます。この出版物は、「高温プラズマモデリングにとって最も重要なデータ」に焦点を当てており、「A+M [原子および分子] プロセスの計算理論の自己検証のガイドラインを開発するという最終目標」を掲げています。

化学セットの直接的な検証はまだ不確実である可能性がある一方で、このデータを使用するモデルによって生成されたデータの検証は、多くの場合、より簡単に得られることが認識されています。

QDBユーザーは、化学セットを直接検証するか、またはこれらの化学セットを入力として使用するモデルの結果を検証することによって、化学セットを検証するよう求められています。データベースで提供される化学セットの検証は、複雑なシステムの計算のための不確実性定量化の基礎に基づいて行われます。^[2]

化学シミュレーションでは、パラメータ研究に基づくスケーリング則がこの検証のための一般的な方法論である。^[3]高次元シミュレーションでは、種と表面の挙動が比較に用いられる。^[4]

化学セットをダウンロードするユーザー向けに参照が提供され、化学セットと検証実験への関連引用が含まれ、出版物に使用できることが保証されます。

各反応の速度係数は、同様の温度と圧力の範囲で検証済みの化学セットに含まれています。

個々の反応の主な検証方法は、代替の理論計算/推定および実験測定と比較されます。未知の反応については、異なる計算方法が使用されます。

• 電子分子散乱反応のQuantemol-N（R行列法）計算
• スケーリング則、数学的推定方法、および必要なデータを推定するための専門家の意見
• 未知の重粒子反応に対する量子および遷移状態理論

アプリケーション プログラミング インターフェイス (API) は、データベースをプラズマ モデリング ソフトウェア Quantemol-VT にリンクするためのプロトコルとツールのセットです。API はソフトウェア コンポーネントがどのように相互作用するかを指定し、プラズマ モデリング ソフトウェアのグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) で化学物質にアクセスできる場合に API が使用されます。

データベースには、原子酸素、原子フッ素、フルオロカーボン、シランラジカルの付着係数のライブラリがあります。特定のエッチングなどの表面メカニズムについては、データベースは、関連する確率とともに一連の個別の反応を提供します。エネルギー依存の反応については、使用されるパラメータの式と値が提供されます。

このアプリケーションは、Quantemol-DB にすでに存在するプラズマの原料ガスに関連するデータを収集し、グローバル モデルまたはボルツマン ソルバーをダウンロードまたは実行するための新しい化学セットと推奨形式を組み立てるのに役立ちます。

オンライングローバルモデルは、プラズマ内の特定のプロセスパラメータセットに対するリアクター平均粒子密度と電子温度を計算します。モデルは、次の方程式を解きます：重い種の粒子密度バランス、電荷中性、電子エネルギー密度バランス

出力には、種の体積平均密度と電子温度が含まれます。Dynamic Chemistry アプリを使用して、事前に組み立てられた化学セットと自己生成の化学セットの両方に対して計算を設定できます。

詳細なドキュメントはここにあります。

ボルツマン ソルバーは、SD Rockwood 著「Elastic and Inelastic Cross Sections for Electron-Hg Scattering from Hg Transport Data」(Physical Review A 8、2348-2358 (1973)) で説明されている形式論に基づいており、非均一なエネルギー グリッドに拡張されています。

ソルバーは、非マクスウェル分布の放電に適した、選択したガス温度の化学セットにおける電子衝突の EEDF、有効電子温度、および速度係数を計算します。

Dynamic Chemistry アプリを使用すると、事前に組み立てられた化学セットと自分で生成した化学セットの両方に対して計算を設定できます。

• クアンテモル公式サイト
• Quantemol-N: R行列法を用いた電子分子衝突計算を実行するエキスパートシステム
• HBrによる電子の散乱断面積データの計算
• 炭素一硫化物（CS）分子の電子衝撃回転励起
• BF3 による電子の散乱断面積^{[永久リンク切れ‍ ]}
• 低エネルギー電子アルカン衝突の R 行列計算^{[永久デッドリンク‍ ]}
• R行列法を用いたHCNおよびHNC分子との電子衝突^{[永久リンク切れ‍ ]}
• ツールが量子モデリングへの扉を開く
• プラズマエッチングとレーザーから地球の電離層まで、Quantemol-N
• 動的に生成された化学モデルを使用したグローバルプラズマシミュレーション^{[ permanent dead link ‍ ]}