Физическая модель (Core/Model)¶

Calculation — корневой объект задачи¶

Core/Model/Calculation.m — handle-класс, объединяющий постановку задачи и её результат:

Поле	Смысл
`TaskName`	имя задачи (используется в т.ч. для имени лог-файла)
`Structure`	объект `SuperconductorLayer` — что считаем
`InitialConditions`	параметры расчёта (наследник `InitialConditions`, разный для каждого представления)
`CalculatedPhysicalProperties`	результат (наследник `CalculatedPhysicalProperties`); пуст до завершения пайплайна
`IsCalculated`	флаг завершения расчёта
`CalculationTime`	строка длительности расчёта (`dd.hh:mm:ss`)

Методы:

Метод	Зачем
`Calculation(taskName, structure, initialConditions, calcProps)`	конструктор; `calcProps` необязателен — пайплайн создаст его сам при первом запуске, если не передан
`Save(path)`	сохранить весь объект в один `.mat` файл. На практике удобнее `SaverCalculation` (см. ниже) или скриптовый слой (Шаг 5. Сохранение и загрузка результатов), которые раскладывают результат по папкам с манифестом, а не пишут один неразмеченный объект
`SetCalculatedProperties(props)`	явно подставить результат и выставить `IsCalculated=true`, проверив, что `props` — действительно наследник `CalculatedPhysicalProperties` (а не что попало). Нужен, когда результат приходит не из штатного пайплайна (например, после `SeriesLoader`)

Структура и материал¶

SuperconductorLayer (Core/Model/Structures/Layers) — сегодня всегда один слой: Name, Material, Length_nm, T (температура) — и вычисляемое (dependent) свойство Length_SI (перевод нм → м, чтобы формулы материала, работающие в СИ, не нужно было пересчитывать вручную в каждом месте, где встречается длина). Многослойные структуры физически пока не реализованы (см. Варианты расширения).

Material — объект-наследник SuperconductorPhysicalConstants (Core/Model/Materials/Superconductors). Разделение «просто данные» и «вычисляемые/dependent» здесь осмысленное:

Свойство	Смысл
`FermiEnergy_SI`, `Sigma_SI`, `VelocityFermy_SI`, `FreePathLength_SI`, `Tcritical_SI`, `CrossSectionalArea_SI`	справочные константы материала (задаются в конструкторе конкретного материала, например `AluminumPhysicalConstants`)
`CouplingConstant`	безразмерная константа связи N(0)V (по умолчанию 1/5, можно переопределить)
`DiffusionCoefficient_SI` (dependent)	\(D = v_F l / 3\) — вычисляется на лету из `VelocityFermy_SI` и `FreePathLength_SI`, чтобы нельзя было забыть пересчитать при смене одного из них
`FermiWaveVector_SI`, `FermiDensityOfStates_SI` (dependent)	то же самое: производные величины, а не независимые поля — меньше шанс рассинхронизации

Методы:

Метод	Зачем
`CalcInitialOrderParameter(T)`	параметр порядка Δ(T) в приближении БКШ: \(\Delta = 1{.}76\,k_B T_c \tanh(1{.}74\sqrt{T_c/T - 1})\) — нужен как начальное приближение и как масштаб нормировки энергии
`CalcConstantG(T)`	нормировочная константа, связывающая коэффициент диффузии и Δ(T); используется в уравнении Узаделя как параметр ОДУ (`ConstantG` в солверах, см. Численное ядро)
`CalcBulkConductance_SI(L)`	объёмная проводимость образца длины `L`: \(G = \sigma A / L\) — нужна для граничных условий на контакте

Начальные условия¶

InitialConditions (абстрактный, value-класс) — общий предок, конкретизируется на представление. Оба наследника хранят одинаковый набор скалярных параметров задачи (SpinMixingAngle, MisorientationAngle_Degrees, PairingInteractionConstant, SelfConsistencySteps, OrderParameterTolerance, InelasticScatteringConstant) плюс Split (сетка, см. ниже); SCFIEnergyBasedInitialConditions дополнительно хранит IsTripleLayer (переключает граничные условия S-FI / FI-S-FI). Это ровно те параметры, что видны в декларативном CalculationConfig (Шаг 2. Все настройки конфигурации) — скриптовый слой просто копирует одноимённые поля при сборке.

Метод: set.MisorientationAngle_Degrees — при присваивании угла в градусах автоматически пересчитывает и кладёт в приватное поле значение в радианах, доступное через dependent-свойство MisorientationAngle_Rad. Смысл — солверы физически работают в радианах, а человеку удобнее задавать градусы; хранить обе величины независимо было бы источником рассинхронизации при ручном редактировании одной без другой.

Расчётная сетка (Splitting)¶

Splitting (абстрактный, handle) — координатная сетка Zmas на [zStart, zEnd] из zN точек, плюс вторая ось Emas из eN точек (смысл которой зависит от представления).

Методы базового класса:

Метод	Зачем
`UniformZ()` / `UniformE()`	построить равномерную сетку по соответствующей оси; вызывается автоматически из `CreateSplitting`, если сгущение не запрошено
`setZGrid(zStart, zEnd, zN)` / `setEGrid(eStart, eEnd, eN)`	переопределить границы/число точек оси после создания объекта, с автоматическим перестроением сетки
`CreateSplitting()` (абстрактный, protected)	каждый наследник реализует по-своему — здесь и вшита разница между представлениями (что значит «вторая ось»)

Наследники:

EnergyBasedSplitting — вторая ось - энергия. Методы SetZrefinement(one, second, between) / SetErefinement(one, second, between) сгущают сетку на заданном интервале — там, где физика меняется быстрее всего (например, вблизи щели), не тратя узлы сетки равномерно по всему диапазону. Дополнительно — SetOmegaGrid(start, end, n) строит сетку частот ω, нужную только проводимости (см. Шаг 3. Какие величины считать).
MatsubaraSplitting — вторая ось не энергия, а частоты Мацубары (Omas, задаются методом SetOmegaSplitting) — это основная «энергетическая» ось представления Мацубары, не вспомогательная величина. Метод SetRefinement(one, second, between) — сгущение координатной сетки, аналог SetZrefinement.

Важно

Смысл Omas/OmegaGrid разный в двух представлениях: для EnergyBased это отдельная сетка частот для проводимости (опциональная), для Matsubara — это и есть основная сетка частот расчёта. Скриптовый слой прячет это различие за одним полем GridConfig.OmegaGrid, но физический смысл нужно держать в голове.

Состояние и результаты¶

PhysicsPipelineState (абстрактный) — набор булевых флагов готовности этапов (IsSolved, IsGreenReady, IsDoSReady, IsSpinDoSReady, IsMagnetizationReady, IsFreeEnergyReady, IsConductivityReady). Конкретизация — SCFIEnergyBasedState / SCFIMatsubaraPhysicsPipelineState; конструктор просто выставляет все флаги в false. Смысл существования этого класса — не хранить «посчитано/не посчитано» неявно (проверкой isempty на поле результата), а иметь явный, читаемый статус, который каждая физическая процедура (Численное ядро) выставляет в true сама, по мере готовности своей величины.

Он существует в двух экземплярах на расчёт: начальный (InitialConditions.PhysicsPipelineStartState) и конечный (CalculatedPhysicalProperties.PhysicsPipelineEndState) — именно второй обновляют физические процедуры.

CalculatedPhysicalProperties (абстрактный, handle) — контейнер результата. Для EnergyBased (SFIEnergyBasedCalculatedPhysicalProperties):

Поле	Что это
`RiccattiTensor`	тензор параметров Риккати (объект `Riccati`, см. Численное ядро)
`RetardedGreenMatrix`	запаздывающая функция Грина
`OrderParameter`, `OrderParameterHistory`	Δ(z) на последнем шаге и история по итерациям самосогласования
`DensityOfStates`, `SpinResolvedDensityOfStates_Up/Down`	плотность состояний N(z,ε), спин-разрешённая N↑/N↓(z,ε)
`Magnetization`	индуцированная намагниченность M(z)
`FreeEnergy`, `FreeEnergyFromCord`	свободная энергия (скаляр и разбивка по z)
`ConductivityTensor`	объект `Conductivity` с полем `ConductFull` (σ(z,ω))
`LastStep`	номер шага, на котором остановился самосогласованный цикл

Метод: IsComplete() — проверяет, что ключевые поля (тензор Риккати, функция Грина, параметр порядка) не пусты. Используется скриптовым слоем (и стоит использовать в своих скриптах) как быстрая проверка «расчёт реально что-то посчитал», не заглядывая в каждое поле по отдельности.