Разработка программного комплекса для решения квантовых моделей методом точной диагонализации на распределенных вычислительных системах

• Автор: Искаков, Сергей Наильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание

Список используемых обозначений.

Введение
Глава 1. Моделирование электронной структуры в рамках теории динамического среднего поля.

1.1. Уравнения теории динамического среднего ноля

1.2. Практическая реализация метода точной диагоиализации

матрицы гамильтониана .

1.3. Параллслизация метода точной диагоиализации.

1.4. Выводы к главе

Глава 2. Разработка библиотеки процедур для эффективной реализации метода точной диагоиализации.

2.1. Методика кодировки квантовомеханических состояний . .

2.2. Разработка алгоритма заполнения матрицы гамильтониана
2.3. Формат распределнного хранения данных
2.4. Выводы к главе
Глава 3. Разработка программного комплекса для расчта электронной структуры методом точной диагоиализации
3.1. Решение примесной задачи в рамках теории динамического среднего поля.
3.2. Оценка вклада в собственное состояние системы
3.3. Оценка эффективности программного комплекса.
3.4. Разработка интернет сервиса для проведения расчтов методом точной диагонализации
3.5. Выводы к главе
Глава 4. Применение разработанного комплекса для исследования реальных физических систем
4.1. Учт корреляционных эффектов в рамках метода теории
динамического среднего ПОЛЯ ДЛЯ соединения Зг2ИиО, . .
4.2. Расчт электронной структуры СоП1
4.3. Выводы к главе
Заключение.
Литература


Например, “информационная эра”, в которой мы живем, зародилась на основе полупроводниковых процессоров и технологий магнитной записи, которые успешно развиваются вот уже на протяжении лет [1]. Экспоненциальный рост, как мощности процессоров, так и плотности записи информации стал возможен благодаря способности контролировать свойства материалов даже в атомных масштабах. Наши стандарты и стиль жизни в настоящее время во многом определяются последними открытиями новых материалов и их продолжающимися усовершенствованиями. Наше процветание и благосостояние в будущем будут зависеть от успехов современных исследований материалов следующего поколения и направления инновационной деятельности. Например, прогресс в миниатюризации устройств стал движущей силой для проведения интенсивных исследований наноматериалов, в которых характеристики наиомасштаба определяют соответствующие свойства материалов. Несмотря на то, что развитие квантовой механики открыло дверь в понимании фундаментальных взаимодействий в веществе около -ти лет назад, возможность использовать наше знание для создания материалов и контроля их свойств только сейчас становится реальностью. До настоящего времени решение квантово-механических уравнений было практически невозможно за исключением некоторых простейших случаев. Компьютерное моделирование является инструментом, при помощи которого ученые могут управлять исследованиями передовых материалов и развитием новых высокотехнологичных устройств через фундаментальное понимание свойств материалов, процессов их формирования, взаимодействия в новых комбинациях и оптимизации для лучшего использования. Одним из важнейших достижений современной компьютерной физики является разработка и развитие метода «Теории динамического среднего поля» (ЭМРТ) [2] для решения модели Хаббарда [3, 4], который позволяет описывать системы с сильным электрон-электронным взаимодействием. Эти эффекты возникают, когда ширина зоны проводимости сравнима или меньше силы кулоновского взаимодействия между электронами, находящимися на одном атоме (ионе). К таким системам относятся сложные многокомпонентные материалы на основе соединений переходных, редкоземельных и актиноидных элементов. Эти материалы активно исслсдуются в последние годы вследствие открытия в них явлений высокотемпературной сверхпроводимости, колоссального магнетосо-противления и других интересных свойств, имеющих большие перспективы для практических применений. Основные вычислительные и временные затраты в методе ЭМ КТ приходятся на решение эффективной примесной задачи для модели Андерсона. Наиболее широко используемыми методами се решения являются методы квантового Монте-Карло и точной диагонализации. Данный комплекс позволяет эффективно использовать ресурсы современных вычислительных систем и вести расчеты физических свойств сложных соединений на нескольких сотнях и тысячах процессоров. Ферми. В существующих пакетах программ, решающих задачу ОМБТ, уже предусмотрена возможность применения параллельных вычислений, однако, стремительное развитие современных супер-ЭВМ ставит проблему полного использования их мощностей для решения задач предсказательного моделирования. Задача оптимизации распределения потоков команд и данных на вычислительных системах, состоящих из тысяч процессоров, радикально отличается от параллельных вычислений на кластерах с несколькими десятками ядер. Эта задача не имеет единого универсального решения, притдного для любых пакетов программ и типов вычислительных комплексов. Для каждой супер-ЭВМ необходимо учесть особенности ее архитектуры и соответственно перестроить вычислительный алгоритм для достижения наилучшей эффективности. Разработка подобного вычислительного комплекса и обеспечивает актуальность работы. Впервые в рамках теории динамического среднего поля было . Впервые проведено исследование электронных свойств поверхностной наносистемы Со/Р1(1) в рамках модели Андерсона методом точной диагонализации, которое позволило обнаружить орбитальную поляризацию спектра проводимости.