Главная / Успешные проекты / Высокопроизводительный программный комплекс для моделирования электронных и электромеханических свойств наноуглеродных объектов


Высокопроизводительный программный комплекс для моделирования электронных и электромеханических свойств наноуглеродных объектов

В рамках проекта разработана проблемно-ориентированная среда для суперкомпьютерного моделирования новых материалов с заданными оптоэлектронными свойствами на основе очень больших молекулярных структур графена и графана с применением методов квантовой химии, позволяющая эффективно использовать вычислительные системы производительностью до 100 ТФлопс.
Проблемно-ориентированная средаобеспечивает моделирование электронной структуры, спектральных, транспортных и электромеханических свойств и расчет ряда физических характеристик исследуемых наноуглеродных систем, включая:
  • энергию возбужденных состояний, силу осцилляторов электронных переходов;
  • оптический спектр поглощения;
  • равновесную геометрию молекулы или системы молекул;
  • вольтамперную характеристику;
  • электронную структуру.

В качестве платформы для разработки использована среда CLAVIRE для создания высокопроизводительных проблемно-ориентированных приложений, что позволило снизить трудоемкость разработки модулей управления параллельными вычислениями, работы с данными, организации интерфейсов и визуализации.



Проблемно-ориентированная среда может быть применена при:

  • создании полупроводниковых устройств на основе графена или графана;
  • при создании электромеханических устройств на основе графена или графана;
  • при создании фотоэлектрических приемников;
  • при создании датчиков малых деформаций.
Экспериментальные исследования масштабируемости показали достаточно высокую эффективность параллельных вычислений – до 80% на 512 вычислительных узлах (4096 ядрах) для атомно-молекулярной системы размером 100 тыс. атомов. С помощью проблемно-ориентированной среды выполнены проверочные расчеты наноэлектронных и наноэлектромеханических свойств систем на основе графена и графана, подтверждающие его применимость для разработки новых материалов для оптоэлектронных приборов нового поколения. В частности, рассмотрены решения задач задач моделирования и создания фотоприемников для ИК области на основе графена, механооптоэлектронных датчиков на основе графана, а также электромеханических наноразмерных устройств на основе электростатического взаимодействия.