Благодаря постоянно возрастающей вычислительной мощности компьютерной техники появляются возможности смоделировать объекты, состоящие не только из нескольких десятков и сотен атомов, но и из миллиона и даже миллиарда.

Моделирование таких сложных объектов необходимо ученым для полного исследования свойств микроскопических организмов и других объектов. Так, недавно ученым удалось полностью смоделировать вирус табачной мозаики, поместив его «жить» в компьютерной среде.

Теперь ученые решили смоделировать один из процессов, которыми они постоянно пользуются. Идет речь об электронной микроскопии, дающей исследовать различные материалы с атомным разрешением. Для подкрепления теоретических знаний в этой области и отчасти для демонстрации нового вычислительного комплекса, команда ученых из Национальной Лаборатории Сандия смоделировали зонд сканирующей электронной микроскопии, исследующий опытный образец.

Рис. 1. «Оцифрованный» вирус табачной мозаики

Ранее ученым уже было известно, что при некоторых условиях зонд микроскопа «захватывает» отдельные частицы материала, над которым находится и «транспортирует» их вдоль поверхности кантилевера. Этот феномен трубно было изучить только с помощью самого микроскопа, т.к. необходимо было «ощупать» зонд-кантилевер другим зондом микроскопа, что сделать довольно сложно. Поэтому было решено воспользоваться результатами молекулярного моделирования.

«Когда мы получаем с СТМ картинку, то не видим многие детали, которые подчеркивает компьютерное моделирование, – говорит Элиот Фэнг, один из ученых-исследователей. – Тем более, что современная вычислительная техника дает это сделать. Десятилетие назад суперкомпьютер Cray был вершиной вычислительной мощности. Сегодня же многие КПК могут выполнить с той же скоростью многие вычисления, которые выполнялись на Cray и ему подобных машинах».

Как показало компьютерное исследование модели СТМ, в процессе сканирования на зонд перемещается очень маленькая часть исследуемого материала, которая затем перемещается вверх по зонду. До текущих исследований ученые не знали механизма действия этого феномена, однако с появление компьютерной модели все встало на свои места.

Теперь, сравнив результаты моделирования с исследованиями, полученными косвенными методами наблюдения за зондом, у ученых появилось понимание проблемы «царапания» образца.

Сейчас Фэнг и его коллеги заняты моделированием нанопор для наномедицинских применений, в частности, для быстрого секвенирования молекул ДНК.