ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия

•Download as PPTX, PDF•
•
S
Sergey Maslennikov

Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия

1 of 16
Download to read offline
Руководитель работы: Абгарян К.К. Дипломник: Володина О.В., гр. 08-608 Дипломная работа на тему: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия
 Создание новых материалов – важнейшая задача структурного материаловедения  На основе многослойных полупроводниковых материалов (МПНС) создаются современные приборы для наноэлектроники -транзисторы, светодиоды, полупроводниковые лазеры и др. • Некоторые способы получения новых МПНС Промышленный: Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ), газо-фазная эпитаксия .. Методы компьютерного моделирования Введение в предметную область
Абгарян К.К.Особенности многоуровневого моделирования полупроводниковых наноструктур//Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. № 1. (в печати) Программный модуль расчета по простым моделям Квантово-механический модуль Теории функционала плотности (VASP, PWscf и т.д.) Квантовые расчеты Программный модуль расчета инверсионных каналов Inverse Результаты экспериментов Электронная структура транспортные свойства, (подвижность электронов) Атомно-кристаллическая структура Программный модуль кинетического метода Монте-Карло Режимы роста структуры с заданными параметрами Результаты экспериментов (внешние параметры: t, давление , газовая смесь в камере и т.д.) Реальное время Банк данных Структура – свойства – технологические параметры Уровень I. Стационарные модели (атомарный масштаб) Уровень II. Динамические модели Получение новых материалов с заданными свойствами Программный модуль МД Входные данные Выбор и параметрическая идентификация потенциалов Уровень III. Кин.ММК Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур
Многоуровневый подход
Виды потенциалов межатомного взаимодействия • Потенциал Леннарда-Джонса • Потенциал Морзе • Потенциал Терсоффа • Потенциал Бреннера-Терсоффа • Потенциал Терсоффа и потенциал Бреннера-Терсоффа описывают структуры с ковалентными связями.
Потенциал Терсоффа • Потенциал парного взаимодействия • Параметры потенциала: • Позволяет проводить расчет когезионной энергии – энергии взаимодействия пары атомов в присутствии третьего атома coh
Целевая функция
Метод гранул (Granular Radial Search)
Метод оптимизации Хука-Дживса
Выбор области поиска значений по каждому параметру - Фиксация всех параметров кроме одного - Изменение значения параметра - Рассмотрение графика изменения значения целевой функции Изменение значения целевой функции в зависимости от значения параметра потенциала n.
Получение данных о кристаллической решетке Программный комплекс Accelrys Materials Studio  Координаты базисных атомов  Постоянная решетки  Клонирование
Диаграмма прецедентов для роли пользователя
Вычислительный эксперимент • Структура кремния • 400 наборов параметров • Потенциал Терсоффа • Области поиска значений параметров: Х = [𝜉, 𝜉]={𝜉 ∈ 𝑅 𝑛: 𝜉𝑖 ≤ 𝑥𝑖 ≤ 𝜉𝑖} 𝜉 = (0.5 0.5 0.5 0.5 0.1 0.5 0.5 10000 0.1 − 10) 𝜉 = ( 5, 5, 10, 5, 2, 30, 30, 100000, 5, 10) • Методы оптимизации: Метод гранул, Метода Хука-Дживса. 𝐷𝑒 𝑅 𝑒 𝛽 𝑆 𝑛 𝛾 𝜆 𝑐 𝑑 ℎ
Вычислительный эксперимент 0 2 4 6 8 % • Выбран набор параметров: - с наименьшим значением целевой функции - показавший наилучший результат при молекулярно-динамическом моделировании • Построен график отклонения значений параметров других наборов от эталонного Granular Radial Search Метод Хука-Дживса 0 2 4 6 8 %
e D er  S n   c d h Пользовательский интерфейс
Результаты дипломной работы • Изучена специфичная предметная область • Разработана математическая модель • Формализована целевая функция в задаче многопараметрической минимизации • Собраны требования и разработана архитектура информационной системы • Реализован рабочий прототип с программным интерфейсом • В ходе компьютерной реализации использовалось распараллеливание по входным данным • Проведена апробация представленного подхода на тестовых примерах • Программный модуль интегрирован в многомасштабную схему расчета полупроводниковых наноструктур

More Related Content

Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия

  • 1. Руководитель работы: Абгарян К.К. Дипломник: Володина О.В., гр. 08-608 Дипломная работа на тему: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия
  • 2.  Создание новых материалов – важнейшая задача структурного материаловедения  На основе многослойных полупроводниковых материалов (МПНС) создаются современные приборы для наноэлектроники -транзисторы, светодиоды, полупроводниковые лазеры и др. • Некоторые способы получения новых МПНС Промышленный: Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ), газо-фазная эпитаксия .. Методы компьютерного моделирования Введение в предметную область
  • 3. Абгарян К.К.Особенности многоуровневого моделирования полупроводниковых наноструктур//Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. № 1. (в печати) Программный модуль расчета по простым моделям Квантово-механический модуль Теории функционала плотности (VASP, PWscf и т.д.) Квантовые расчеты Программный модуль расчета инверсионных каналов Inverse Результаты экспериментов Электронная структура транспортные свойства, (подвижность электронов) Атомно-кристаллическая структура Программный модуль кинетического метода Монте-Карло Режимы роста структуры с заданными параметрами Результаты экспериментов (внешние параметры: t, давление , газовая смесь в камере и т.д.) Реальное время Банк данных Структура – свойства – технологические параметры Уровень I. Стационарные модели (атомарный масштаб) Уровень II. Динамические модели Получение новых материалов с заданными свойствами Программный модуль МД Входные данные Выбор и параметрическая идентификация потенциалов Уровень III. Кин.ММК Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур
  • 5. Виды потенциалов межатомного взаимодействия • Потенциал Леннарда-Джонса • Потенциал Морзе • Потенциал Терсоффа • Потенциал Бреннера-Терсоффа • Потенциал Терсоффа и потенциал Бреннера-Терсоффа описывают структуры с ковалентными связями.
  • 6. Потенциал Терсоффа • Потенциал парного взаимодействия • Параметры потенциала: • Позволяет проводить расчет когезионной энергии – энергии взаимодействия пары атомов в присутствии третьего атома coh
  • 10. Выбор области поиска значений по каждому параметру - Фиксация всех параметров кроме одного - Изменение значения параметра - Рассмотрение графика изменения значения целевой функции Изменение значения целевой функции в зависимости от значения параметра потенциала n.
  • 11. Получение данных о кристаллической решетке Программный комплекс Accelrys Materials Studio  Координаты базисных атомов  Постоянная решетки  Клонирование
  • 12. Диаграмма прецедентов для роли пользователя
  • 13. Вычислительный эксперимент • Структура кремния • 400 наборов параметров • Потенциал Терсоффа • Области поиска значений параметров: Х = [𝜉, 𝜉]={𝜉 ∈ 𝑅 𝑛: 𝜉𝑖 ≤ 𝑥𝑖 ≤ 𝜉𝑖} 𝜉 = (0.5 0.5 0.5 0.5 0.1 0.5 0.5 10000 0.1 − 10) 𝜉 = ( 5, 5, 10, 5, 2, 30, 30, 100000, 5, 10) • Методы оптимизации: Метод гранул, Метода Хука-Дживса. 𝐷𝑒 𝑅 𝑒 𝛽 𝑆 𝑛 𝛾 𝜆 𝑐 𝑑 ℎ
  • 14. Вычислительный эксперимент 0 2 4 6 8 % • Выбран набор параметров: - с наименьшим значением целевой функции - показавший наилучший результат при молекулярно-динамическом моделировании • Построен график отклонения значений параметров других наборов от эталонного Granular Radial Search Метод Хука-Дживса 0 2 4 6 8 %
  • 15. e D er  S n   c d h Пользовательский интерфейс
  • 16. Результаты дипломной работы • Изучена специфичная предметная область • Разработана математическая модель • Формализована целевая функция в задаче многопараметрической минимизации • Собраны требования и разработана архитектура информационной системы • Реализован рабочий прототип с программным интерфейсом • В ходе компьютерной реализации использовалось распараллеливание по входным данным • Проведена апробация представленного подхода на тестовых примерах • Программный модуль интегрирован в многомасштабную схему расчета полупроводниковых наноструктур