Применение компьютерного моделирования для решения...
TRANSCRIPT
![Page 1: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/2.jpg)
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 МПНСПромышленный: Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ), газо-фазная эпитаксия .. Методы компьютерного моделирования
Введение в предметную область
![Page 3: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/3.jpg)
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 модульТеории функционала плотности
(VASP, PWscf и т.д.)Квантовые расчеты
Программный модуль расчета
инверсионных каналовInverse
Результаты экспериментов
Электроннаяструктура
транспортные свойства,(подвижность электронов)
Атомно-кристаллическаяструктура
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 данныхСтруктура – свойства – технологические параметры
Уровень I. Стационарные модели (атомарный масштаб)
Уровень II.Динамические модели
Получениеновых материалов
с заданными свойствами
Программный модуль МД
Входныеданные
Выбор и параметрическая идентификация
потенциалов
Уровень III.Кин.ММК
Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур
Многомасштабная схема расчета полупроводниковых наноструктур
![Page 4: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/4.jpg)
Многоуровневый подход
![Page 5: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/5.jpg)
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.
![Page 6: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/6.jpg)
Потенциал Терсоффа
• Потенциал парного взаимодействия • Параметры потенциала:• Позволяет проводить расчет когезионной энергии – энергии
взаимодействия пары атомов в присутствии третьего атома
coh
![Page 7: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/7.jpg)
Целевая функция
![Page 8: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/8.jpg)
Метод гранул (Granular Radial Search)
![Page 9: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/9.jpg)
Метод оптимизации Хука-Дживса
![Page 10: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/10.jpg)
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 параметрапотенциала n.
![Page 11: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/11.jpg)
Получение данных о кристаллической решеткеПрограммный комплекс Accelrys Materials Studio
Координаты базисных атомов Постоянная решетки Клонирование
![Page 12: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/12.jpg)
Диаграмма прецедентов для роли пользователя
![Page 13: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/13.jpg)
Вычислительный эксперимент
• Структура кремния
• 400 наборов параметров
• Потенциал Терсоффа
• Области поиска значений параметров:
]={ }
5, 2, 30, 30, 100000, 5, 10)
• Методы оптимизации: Метод гранул,
Метода Хука-Дживса.
𝐷𝑒𝑅𝑒𝛽𝑆𝑛𝛾 𝜆𝑐 𝑑h
![Page 14: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/14.jpg)
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
%
![Page 15: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/15.jpg)
eD er S n c d h
Пользовательский интерфейс
![Page 16: Применение компьютерного моделирования для решения задач параметрической идентификации потенциалов](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022013111/55cebd9cbb61eba32f8b47bf/html5/thumbnails/16.jpg)
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