türk ulusal bilim e-altyapısı t.c. cumhurbaşkanlığı ... · bu çalışmalardan birisi de,...

Türk Ulusal Bilim e-Altyapısı T.C. Cumhurbaşkanlığı Strateji ve Bütçe Başkanlığı tarafından desteklenmektedir.

www.truba.gov.tr4

Mustafa Varank T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanı

5www.truba.gov.tr

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK), kurulduğu 1963 yılından bu yana, ülkemizin bilim alanındaki rotasını belirlemiş, bilim ve teknoloji araştırmalarına öncülük etmiş, tüm bilimsel gelişmeleri yakından takip ederek, projelerinde ve politikalarında daima ülke yararını gözetmiş bir kurumumuzdur.

Yeni ve güçlü Türkiye’de, geleceğe bırakılacak yeni hazineler üretme çabasında olan yeni TÜBİTAK, 55 yıllık deneyiminden aldığı güç ve motivasyonla, Sayın Cumhurbaşkanımızın talimatları doğrultusunda hazırlanan 100 günlük eylem planı kapsamında, ülkemizi geleceğe taşıyacak, bilimin aydınlattığı yoldan ilerlemeyi sürdürecek çalışmalarına devam ediyor.

Bu çalışmalardan birisi de, bugün elinizde olan “Türk Ulusal Bilim e-Altyapısı (TRUBA)” kitapçığı. TÜBİTAK Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi (ULAKBİM) tarafından kurulan ve açık kaynak kodlu sistem esasına göre işletilen tematik bir araştırma altyapısı olan TRUBA, yüksek performanslı hesaplama, veri yoğun ve bilimsel veri ambarı hizmetleri sunmanın yanı sıra; 114 farklı üniversiteden bin 900’den fazla araştırmacıya bilimsel araştırmalarında katkıda bulunmak üzere doğrudan hizmet veriyor; farklı kamu kurumları ve araştırma enstitüleriyle ortak projeler geliştiriyor. Ulusal anlamda stratejik önemi bulunan bu e-Altyapıyı ve bu altyapı sayesinde üretilip, uluslararası dergilerde yayımlanan bilimsel projeleri tanıtan TRUBA kitapçığını sizlerle paylaşmaktan büyük mutluluk duyuyorum.

Bu kitapçık, ülkemizdeki farklı üniversitelerin, araştırma kuruluşlarının, özel kurum ve kuruluşların yüksek performanslı hesaplama, veri yoğun hesaplama ve bilimsel veri ambarı ihtiyaçlarını karşılayabilecek, tüm araştırmacılara servis veren TRUBA ile ilgili farkındalığı artırmak için hazırlanmıştır.

Ülkemizin araştırmacıları için önemli bir hizmet veren TRUBA’yı hayata geçiren TÜBİTAK ULAKBİM çalışanlarına ve bu kitapçığın hazırlanmasında emeği geçen herkese teşekkür ederim.

www.truba.gov.tr6

Prof. Dr. Hasan Mandal TÜBİTAK Başkanı

7www.truba.gov.tr

1996 yılında TÜBİTAK’a bağlı bir enstitü olarak kurulan TÜBİTAK Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi (ULAKBİM), üniversiteler ve araştırma kurumları arasında araştırma ve eğitim amaçlı ağlar kurmak, işletmek, bu ağların yurt içi ve yurt dışındaki ağlarla bağlantısını sağlamak, bilgi üretimine yardımcı olacak nitelikte bilgi teknolojileri desteği sağlamak ve bu ağ üzerinden ve/veya geleneksel yollarla ülkemizdeki bilimsel bilgi üretimine yardımcı olacak şekilde akademik bilgi ve belge hizmetleri sunmak ve ülkenin bilgi birikimini yansıtacak bilgi ürünleri geliştirmek ile sorumludur. TÜBİTAK ULAKBİM’in sunduğu yüksek performanslı hesaplama, veri yoğun hesaplama ve bilimsel veri ambarları servislerinin işletimi, TRUBA Operasyon Merkezi tarafından, TRUBA ile sağlanmaktadır.

114 farklı üniversiteden bin 900’den fazla araştırmacıya bilimsel çalışmalarına katkıda bulunmak üzere doğrudan hizmet veren TRUBA’yı, TÜBİTAK’ın gizli hazinesi olarak değerlendirebiliriz. Kamuoyundaki bilinirliği düşük olmasına karşın TRUBA, hesaplamalı bilimler alanında çalışmalarını yürüten araştırmacılar tarafından vazgeçilmez bir servis olarak görülmektedir.

Öncelikli amacı üniversitelere e-Altyapı olanaklarını sağlamak olan TRUBA, kuruluşundan itibaren sanayi ile yapılabilecek olası iş birliklerine de önem vermiştir. Bilimin teknolojiyle kaynaştığı günümüz bilgi dünyasında üniversite ve kamu kurumlarının sanayi ile iş birliği kaçınılmazdır. TRUBA ise bu kaynaşmaya zemin hazırlayabilecek, ortak projelerin hayata geçirildiği ve geçirilebileceği bir kaynaklar bütünü olarak görülebilir.

Günümüzde TRUBA, 4Pbyte depolama alanı, 20 bin işlemci çekirdeği ve ayda 10M çekirdek/saat hesaplama altyapısı ile farklı kamu kurumları ve araştırma enstitüleriyle ortak projeler gerçekleştirilen ve kuruluşundan itibaren 13 Avrupa Birliği Çerçeve Program Projesinde yer alınmasını sağlayan ulusal anlamda stratejik önemi büyük bir ulusal e-Altyapıdır.

Bu kitapçık, ülkemizde farklı üniversitelerin, araştırma kuruluşlarının, özel kurum ve kuruluşların (özellikle savunma sanayii, ürün tasarımı yapan otomotiv ve beyaz eşya sektörünün), yüksek performanslı hesaplama, veri yoğun hesaplama ve bilimsel veri ambarı ihtiyaçlarını karşılayabilecek, tüm araştırmacılara servis veren TRUBA’nın kamuoyundaki bilinirliğini artırmak için hazırlanmıştır.

Yüksek performanslı hesaplama, günümüzde bilimsel ve endüstriyel yeniliğin anahtar unsurudur. Yüksek performanslı hesaplamaya yatırım yapan küresel ekonomilerin, zaman içinde, en büyük rekabet avantajını kazanacak ve en büyük ekonomik faydayı sağlayacak ekonomiler olduğu açıktır.

TRUBA’nın en önemli amacı, ülkemizin bilimsel alandaki rekabet gücünü artırmak ve kapasitesini geliştirirken ulusal kaynaklarımızın da en etkin ve verimli biçimde kullanılmasını sağlamaktır. Hesaplama ve depolama ihtiyaçlarının küçük parçalar biçiminde tedarik edilmesi yerine toplu olarak satın alınması ve deneyimli personel ile servise sunulması ciddi bir kaynak tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca ulusal araştırma altyapılarının e-Altyapı ihtiyaçları karşılanarak, toplum refahına katkı sağlayabilecek büyük projelerin gerçekleştirilmesi olanağı sağlanmaktadır. Projelerin boyutlarının büyümesi ve sonuç odaklı duruma gelmeleri de disiplinler arası çalışmayı ve iş birliği kültürünü geliştirmektedir.

TRUBA’nın güçlendirilmesi, farklı disiplinlerde çalışmalarını yürüten araştırmacıların gereksinim duydukları yüksek performanslı hesaplama ortamını ve kullanıcı destek servisini sağlayarak, araştırma kurumlarının Ar-Ge faaliyetleri ve yayın sayılarında artış ile bilim dünyasına katkıda bulunmaktadır.

TRUBA’yı kurup geliştiren ULAKBİM çalışanlarına ve bu kitapçığın hazırlanmasında emeği geçen herkese teşekkür ederim.

www.truba.gov.tr8

TÜBİTAK ULAKBİM, kuruluşundan itibaren sırası ile araştırma ağları, Yüksek Performanslı Hesaplama, veri yoğun hesaplama ve bilimsel veri ambarları servislerini sunmaktadır. Sağlanan hizmetlere günümüz itibarıyla bakıldığında e-Altyapıların sürekli ve sağlıklı işleyebilmesi için gerekli bütün bileşenleri içerdiği görülmektedir. Bulut hesaplama ve Yeşil Bilişim Teknolojileri gibi teknolojik gelişmelere yönelik projeler, merkezler ve üretilen politikalar yakından takip edilerek e-Altyapının tüm bileşenleriyle birlikte çalışabilirliğine büyük önem verilmektedir.

Yüksek Performanslı Hesaplama, veri yoğun hesaplama, bilimsel veri ambarları ve bulut hesaplama gibi servisler TRUBA Operasyon Merkezi tarafından işletimi yapılmakta olan ve 2010 yılı sonuna kadar TR-Grid, 2011 itibarıyla TRUBA olarak adlandırılan mevcut altyapıda sağlanmaktadır.

TÜBİTAK ULAKBİM, 2003 yılında kurumun bütçesi ile satın aldığı 128 adet PC ile Yüksek Performanslı Hesaplama çalışmalarına başlamış, daha sonra gerek ulusal araştırmacılardan gelen talep, gerekse uluslararası projelerde kazanılan deneyim ve başarıların etkisiyle TUGA (Türk Ulusal Grid Altyapısı / TR-Grid) projesini gerçekleştirmiştir. TÜBİTAK Bilim Kurulu onayı ile TARAL kapsamında desteklenen TUGA projesi kapsamında 2006-2008 yılları arasında altyapı desteklenmiş ve önemli ölçüde genişletilmiştir.

2009 yılında DPT Araştırma Altyapısı Proje Çağrısına başvurularak “TR-Grid Araştırma e-Altyapısının Güçlendirilmesi” projesi sunulmuştur. Bu proje kapsamında eskiden TR-Grid olarak adlandırılan TRUBA, 2011 yılı sonuna kadar DPT tarafından desteklenmiştir. 2012 yılından itibaren bir önceki projenin devamı niteliğindeki “Türk Ulusal Bilim e-Altyapısını Güçlendirme” projesi kapsamında Kalkınma Bakanlığı’ndan alınan destek ile altyapının genişletilmesi ve mevcut teknolojilerle güncelleştirilmesi sürdürülmektedir.

TRUBA, 114 farklı üniversiteden 1900’den fazla araştırmacıya bilimsel çalışmalarına katkıda bulunmak üzere doğrudan hizmet veren, farklı kamu kurumları ve araştırma enstitüleriyle ortak projeler gerçekleştiren ve kuruluşundan itibaren 13 Avrupa Birliği Çerçeve Program Projesinde yer alınmasını sağlayan ulusal anlamda stratejik önemi büyük bir Ulusal e-Altyapıdır.

Ulusal e-Altyapının uluslararası düzeyde rekabet edebilecek şekilde geliştirilmesi ve güçlendirilmesi için TÜBİTAK ULAKBİM bünyesinde bulunan TRUBA Danışma Kurulu ile birlikte hareket edilmektedir. TRUBA Danışma Kurulu 2010 Temmuz ayında TÜBİTAK Bilim Kurulu Kararı ile oluşturulmuştur. TRUBA Danışma Kurulunda Kalkınma Bakanlığı, TÜBİTAK, üniversiteler, kamu, savunma sanayii ve özel sektörden temsilciler yer almaktadır. TRUBA Danışma Kurulu, benzer e-Altyapıları işleten diğer ülkelerdeki kurullara oranla, Türkiye’de mevcut olan e-Altyapıların bütün paydaşları için; strateji ve politika geliştirmesi ile teknik danışmanlık sağlaması açısından benzersiz ulusal çapta bir kuruldur.

ÖNSÖZ

9www.truba.gov.tr

Sayılarla TRUBA 12

Araştırma Projeleri 14

Ulusal Altyapı ve AB Projeleri 48

Kullanıcı Yorumları 50

Altyapıda Çalışan Uygulama ve Kütüphaneler 54

Altyapı 55

İÇİNDEKİLER

www.truba.gov.tr10

Yüksek Performanslı Hesaplama için

yatırım yapan küresel ekonomiler, en büyük

ekonomik faydayı sağlayacaktır.

11www.truba.gov.tr

Yüksek Performanslı Hesaplama,

günümüzde bilimsel ve endüstriyel yeniliğin

anahtar unsurudur.

www.truba.gov.tr12

TRUBA kaynaklarının kullanımının en önemli çıktısı araştırmacılarımızın yayınlarıdır. Araştırmacılarımızın, http://www.truba.gov.tr adresinde yer alan teşekkür örneklerinde olduğu gibi, TRUBA kaynaklarını kullandıklarını yayınlarında belirtmeleri beklenmektedir. Ayrıca yıl içinde yapılan yayınların TRUBA Operasyon Merkezi’ne bildirilmesi, yayın sayısının ve bilgilerinin toplanması açısından önem taşımaktadır.

TRUBA kaynakları, Yüksek Performanslı Hesaplama, grid hesaplama ve federe bulut altyapısı olmak üzere farklı hesaplama alanlarında hizmet vermektedir. Gün içinde, mevcut kaynakların kullanımı en üst seviyeye erişebilmektedir. 2018 yılı içinde TRUBA kaynaklarına dâhil edilen yeni hesaplama kümeleri ile aylık ortalama kullanım 10M çekirdek/saattir.

SAYILARLA TRUBA

13www.truba.gov.tr

KAYITLI KULLANICI

1931

FARKLI ÜNİVERSİTE

114

FARKLI BÖLÜM

74

DESTEKLENEN ARAŞTIRMA PROJESİ

62

KULLANDIRILAN ÇEKİRDEK SAAT(01.01.2018-01.07.2018)

64M

YÜKSEK PERFORMANSLI DEPOLAMA

4 Pbyte

YÜKSEK LİSANS VE DOKTORA TEZİ(01.01.2012-01.07.2018)

93

İŞLEMCİ ÇEKİRDEĞİ

19800

AB ÇERÇEVE PROGRAMI PROJESİ

13

BİLDİRİLEN SCI YAYIN SAYISI(01.01.2012-01.07.2018)

469

www.truba.gov.tr14

Hesaplamalı NanomalzemeDizayn Araştırma Grubu

Araştırma Projeleri

Anadolu Üniversitesi

Grup Üyeleri

Doç. Dr. Cem Sevik

Dr. İlker Demiroğlu

Dr. Yenal Karaaslan

Uğur Yorulmaz

Tuğbey Kocabaş

İş BirlikleriDr. Deniz Çakır

Prof. Dr. Francois M. Peeters

Prof. Dr. Oğuz Gülseren

Yrd. Doç. Dr. Haluk Yapıcıoğlu

Hesaplamalı Nanomalzeme Dizayn Araştırma Grubu olarak Anadolu Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümü bünyesinde araştırmalarımızı sürdürmekteyiz. Genel olarak nano düzeyde düşük boyutlu malzemelerin elektronik, optik, mekanik, elastik ve termodinamik, özelliklerini farklı yaklaşım ve yöntemler ile sistematik olarak araştırmaktayız. Araştırmalarımızdan elde ettiğimiz bulgular sonucunda, incelediğimiz yenilikçi nanomalzemelerin gelecek teknolojik uygulamalara adaptasyonlarına yönelik önerilerde bulunmak, temel motivasyonumuz. Genel olarak, çalışmalarımız kapsamında Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (Density Functional Theory) ve Moleküler Dinamik (Molecular Dynamics) Yöntemi temelli simülasyonlar gerçekleştirmekteyiz. TRUBA'yı özellikle bu iki amaca yönelik olarak 10 yıldır kullanmaktayız. Geçmişten bu yana, hizmete giren yeni uç birimlere erişimimiz sayesinde özellikle nanomalzemelerin gelecek enerji üretimi ve dönüşümü uygulamalarında kullanımına yönelik birçok başarılı çalışma gerçekleştirdik.

Örneğin, yakın zamanda MXene adıyla literatüre yerleşmiş iki boyutlu malzemelerin gelecek iyon pil uygulamalarında kullanımı ile ilgili sistematik bir çalışmayı tamamladık. Ele aldığımız birçok malzeme arasından özellikle tek ve birkaç katmanlı Mo2C kristalinin ve ayrıca Ti2CO2-Grafen ve V2CO2-Grafen hetero kristallerinin sıra dışı potansiyelleri olduğunu saptadık. Bu malzemelerin içine ya da üzerine yerleştirilen, Li, Na, ve K gibi iyonların yüksek bağlanma enerjilerine rağmen meV mertebesinde düşük bariyerler altında difüz edebildiklerini ve yüksek kapasiteli iyon pillerde anot malzeme olarak kullanılabileceklerini hesaplamalarımız sonucunda gösterdik. [1-2]

15www.truba.gov.tr

Nano düzeyde düşük boyutlu malzemelerin

elektronik, optik, mekanik, elastik

ve termodinamik, özelliklerine farklı

yaklaşım ve yöntemler

Diğer bir çalışmamızda ise, geliştirdiğimiz atomlar arası etkileşim potansiyelleri ile iki boyutlu MoS2, MoSe2, WS2 ve WSe2 kristallerinin dinamik, termal ve termodinamik özelliklerini deneysel ölçümler ile tutarlı bir şekilde hesapladık [3-4]. Böylece, tutarlılığı farklı sıcaklıklarda farklı fiziksel özelliklerin hesaplanmasıyla kanıtlanmış bir potansiyel serisini literatüre kazandırmış olduk.

www.truba.gov.tr16

Farklı Daralma Şekilleri ve Daralma ŞiddetlerininTıkalı Damarlardan Yayılan Gürültüye Etkisininİncelenmesi


Orta Doğu Teknik Üniversitesi

Grup Üyeleri

Doç. Dr. Cüneyt Sert

Doç. Dr. Yiğit Yazıcıoğlu

Arş. Gör. Kamil Özden

Damar hastalıkları, modern toplumlarda insanların en başta gelen hastalanma, sakat kalma ve ölüm sebeplerindendir. Bu hastalıkların tespit edilmesi ancak hastalık ilerledikten ve hasta şikayetleri ortaya çıktıktan sonra mevcut olan klasik anjiyografi gibi girişimsel veya renkli Doppler ultrasonografi ve MR/CT anjiyografi gibi girişimsel olmayan metotlarla mümkün olmaktadır. Bu metotlar riskli, pahalı ve/veya uygulaması zor olmalarının yanı sıra günümüzde genellikle erken tanı koyma amaçlı kullanılmamaktadırlar. Erken safhadaki damar hastalıklarının tespit edilmesi için girişimsel olmayan, risk içermeyen ve çok sayıda insana ucuz ve kolay uygulanabilecek metotlara ihtiyaç vardır. Bu yeni metotlar kullanılarak saptanan şüpheli vakalar daha detaylı inceleme için diğer tekniklere yönlendirilebilir.

Damar hastalıklarının en sık görülenlerinden birisi aterosklerozdur. Bu hastalıkta damar çapının daralmasından kaynaklanan tıkanıklık oluşmakta ve bu durum kan akışını olumsuz etkilemektedir. Tıkalı damarlarda daralma sonrası akışta türbülans ve buna bağlı damar iç yüzeyine etki eden yüksek frekanslı basınç dalgalanmaları meydana gelebilmektedir. Bu dalgalanmalar damar yapısında titreşimler oluşturmakta ve bu titreşimler akustik yayılıma sebep olmaktadır. Ortaya çıkan akustik yayılım damar tıkanıklığının bir işareti olarak girişimsiz teşhis yöntemlerinin geliştirilmesinde kullanılabilir.

Bu çalışmada farklı daralma şekilleri ve daralma şiddetlerinin tıkalı damarlardan yayılan gürültüye etkisi açık kaynak kodlu OpenFOAM

17www.truba.gov.tr

Farklı daralma şekilleri ve daralma şiddetlerinin

tıkalı damarlardan yayılan gürültüye etkisi açık

kaynak kodlu OpenFOAM akış çözücüsü kullanılarak

dinamik Smagorinsky modeli bazlı Büyük Girdap Benzetimleri (Large Eddy Simülasyonları, LES) ile

incelenmiştir.

akış çözücüsü kullanılarak dinamik Smagorinsky modeli bazlı Büyük Girdap Benzetimleri (Large Eddy Simülasyonları, LES) ile incelenmiştir. Damar duvarı rijit kabul edilmiş, damar girişinde ortalama Reynolds sayısını 1000 verecek fizyolojik atımlı akış profili verilmiş ve akışkan olarak Newtonsal olmayan kan (Bird-Carreau modeli ile) kullanılmıştır. Gerçekleştirilen simülasyonlarda kullanılan sayısal ağlar her model için yaklaşık olarak 2,5 milyon sonlu hacim elemanı içermektedir. Ortalama 10-6 saniyelik zaman adımı ile 5 sn’lik atımlı akış süresince gerçekleştirilen benzetimlerin her biri TRUBA’da yirmidörder çekirdek kullanılarak yaklaşık 30 günde tamamlanmıştır.

Sonuçlar incelendiğinde tıkanıklık şekil ve şiddetinin daralma sonrasındaki maksimum uyarım noktasında elde edilen basınç dalgalanmalarının şiddetini ve frekansını önemli şekilde etkilediği görülmüştür. Test edilen farklı tıkanıklık modellerinden elde edilen damar iç duvarındaki basınç verileri işlenerek sese dönüştürülmüş ve bunların gerçek tıkalı damarlarda oluşan üfürme seslerinin deri yüzeyinden dinlenmesinde duyulanlarla uyumlu olduğu görülmüştür.

Eliptik

Kısa Eliptik

Yüksek Eğimli

Düşük Eğimli

Ardışık

Asimetrik

www.truba.gov.tr18

Yuvarlatılmış Burunlu Geniş Başlıklı SavağınMembasındaki Üç Boyutlu Türbülanslı AkışınSayısal Benzetimi

Araştırma ProjeleriGrup Üyeleri

Doç. Dr. Ender Demirel

Arş. Gör. M. Anıl Kızılaslan

Akarsu ve sulama kanallarında debinin ölçülmesi ve aynı zamanda akımın kontrol edilebilmesi için geniş başlıklı savaklar yaygın olarak kullanılmaktadır. Geniş başlıklı savağın kretinde gelişen türbülans sınır tabakasından dolayı savağın debi iletim kapasitesi azalmaktadır. Savağın debi iletim kapasitesini arttırabilmek ve aynı zamanda savağın membasında oluşan katı madde birikimini azaltabilmek amacıyla savak burnu yuvarlatılmaktadır. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği bölümünde gerçekleştirilen bu araştırma projesinde savağın membasında ve kretinde oluşan türbülanslı akışın sayısal benzetimi DES (Detached Eddy Simulation) türbülans yaklaşımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Doç. Dr. Ender Demirel’in danışmanlığında doktora öğrencisi Arş. Gör. Mehmet Anıl Kızılaslan tarafından OpenFOAM kütüphanesi kullanılarak farklı yuvarlatma yarıçaplarına sahip savaklar üzerinde sayısal benzetimler yapılmıştır. Sayısal çözüm sırasında serbest yüzeyin konumu VOF (Volume of Fluid) metodu kullanılarak takip edilmiş, eğrisel katı yüzeylerin civarında ağ dikliği azaldığı için bu bölgelerde hareket denklemleri sayısal olarak çözülürken çok adımlı doğrulama prosedürleri uygulanmıştır. Katı yüzeylere yakın yerlerde sınır tabaka etkilerini yakalayabilmek ve katı yüzeylerden uzak bölgelerde zamanla değişen türbülans çalkantılarını hassas bir şekilde hesaplayabilmek için yaklaşık 14 milyon hesaplama hücresi içeren ağ kullanılmıştır. Hesaplama bölgesi domain decomposition metodu ile bölündükten sonra mpi kütüphaneleri kullanılarak çözücü paralelleştirilmiştir. TRUBA üzerinde bulunan Sardalya kuyruğundaki sunucular üzerinde yüzonikişer çekirdek ile yapılan sayısal benzetimler yaklaşık 12 gün sürmüştür. Elde edilen sonuçlar araştırma makalesi olarak hazırlanmaktadır.

Geniş başlıklı savağın üzerinden geçen türbülanslı akışın DES ile benzetimi.

Temas tankının içindeki akışın LES ile sayısal benzetimi.

Bir kapağın mansabındaki batmış sıçramanın LES ile sayısal benzetimi.

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

19www.truba.gov.tr

OpenFOAM kütüphanesi kullanılarak

farklı yuvarlatma yarıçaplarına sahip savaklar üzerinde

sayısal benzetimler

Bu araştırma projesi dışında başka araştırma çalışmaları da yine TRUBA kaynakları kullanılarak eş zamanlı olarak sürdürülmektedir. Bu çalışmalardan bazıları temas tanklarının içindeki dezenfektan yayılımının LES (Large Eddy Simulation) ile sayısal benzetimi (Şekil 2), dikey eksenli bir rüzgâr türbininin geliştirilmesi ve düşey bir kapağın mansabındaki batık hidrolik sıçramanın LES ile sayısal benzetimidir (Şekil 3). Kabul edilen 1001 kodlu TÜBİTAK araştırma projesinde temas tanklarının hidrolik ve karışım verimlerinin artırılması için yeni tasarımların araştırılması konusunda yapılacak sayısal benzetimlerin TRUBA kaynakları kullanılarak gerçekleştirilmesi planlanmaktadır.

www.truba.gov.tr20

Yeni Nesil 2-Boyutlu MalzemelerinOptoelektronik Özelliklerinin İncelenmesi

Araştırma ProjeleriGrup Üyeleri

Doç. Dr. Engin Durgun

Dr. Semran İpek

Dr. Deniz Keçik

Abdüllatif Önen

Muammer KanlıBilkent Üniversitesi Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM) ve Malzeme Bilimleri ve Nanoteknoloji Enstitüsünde ilk-prensipler (ab initio) hesaplamalı yöntemlerle, yeni iki-boyutlu (2B) yapıların optimizasyonu, kararlı yapılarının bulunması, büyütme mekanizmalarının anlaşılması ve akabinde yeni malzemeler arasından potansiyel vadettiğini tespit ettiğimiz yapıların elektronik ve optik özelliklerinin hesaplanması ve modifiye edilmesi üzerine araştırmalar yapmaktayız. Katkılama, germe-çekme, katman sayısı ve eksitonik etkileşimler gibi temel bir takım etkilerle sistemlerin işlevselleştirilmesi ve potansiyel uygulamaları incelenmektedir.

2B malzemeler, özellikle de grafenin sentezlenmesinden itibaren; üstün mekanik, elektronik ve optik özelliklerine istinaden çeşitli teknoloji alanlarında kullanılmak üzere son yıllarda yoğun bir biçimde hem teorik hem de deneysel olarak çalışılmaktadır. Ekran, LED, optik modülatör ve fotovoltaik gibi uygulamalarda gelişmiş 2B malzemelere duyulan gereksinim sebebiyle, yeni nesil 2B malzemelerin optik özelliklerinin çalışılması son yıllarda giderek önem kazanmıştır. Örneğin, ultra-ince, hafif ve (yarı) transparan geçiş metali kalkojenlerinin bant aralığı mühendisliğiyle güneş pilleri, LED ve ekran uygulamalarındaki kullanımları yaygınlaşmaktadır. Bu motivasyonla, bilimsel merak ve geçmiş tecrübelerimiz ışığında, yeni nesil 2B sistemlerin optoelektronik özellikleri araştırılmaktadır. Çoğu yeni sentezlenmiş ve revaçta bir malzeme takımı olan Grup VA’ların (arsenen, antimonen ve bismuten), Grup IIIA’ların (borofen) ve Grup III-VA’ların (GaN ve AlN) ve heteroyapıların üzerine odaklanılmıştır. Standart eşleniklerine göre oldukça zahmetli ve uzun olan optik hesapların kullanıldığı; geniş kapsamlı, farklı yapıların ve etkilerin sistematik bir biçimde ele alındığı çalışmalarımızın ulusal bilgi birikimine ciddi katkılar yapacağı düşünülmektedir.

Modellemeler için yoğunluk fonksiyoneli teorisi (YFK) kullanılarak esas olarak VASP kodundan yararlanılmış ve TRUBA altyapısı kullanılmıştır. Atomik pozisyonlar ve örgü parametreleri eşlenik gradyant yöntemiyle optimize edilip, sistemin toplam enerjisi ve atomlar üzerindeki kuvvetler minimize edilmiştir. YFK’nın birçok malzeme özelliğinin hesaplanmasına olanak sağlayan ve oldukça doğru değerler verebilen bir yöntem olduğu bilinmektedir. Optik özelliklerinin hesaplanması için “Random Phase Approximation (RPA)” formülasyonu uygulanarak kompleks dielektrik fonksiyonu bulunmuştur. Burada, valans bandından yüksek enerji bantlarına olan ihtimal dâhilindeki bütün optik geçişler dikkate alınmıştır. Ek olarak, yarı-iletken ve yalıtkan malzemelerin optik soğurulma prosesi düşünüldüğünde, deneysel sonuçlarla birebir uyuşma için (elektron-deşik etkileşimlerinden kaynaklanan) “eksitonik” etkiler oldukça kritiktir ve Bethe-Salpeter denklemleri (BSE) kullanılarak bu etkiler de dikkate alınmıştır.

Çalışmalarımız kapsamında, optoelektronik uygulamalara yönelik olarak, deneysel araştırmalara ışık tutabilecek ve endüstride kullanılabilecek yeni nesil 2B işlevsel yapılar önerilmiştir. Elde edilen sonuçlar etki faktörü yüksek uluslararası dergilerde yayımlanmış ve ulusal/uluslararası kongrelerde sunulmuştur. Laboratuvar ortamında çok uzun süren yüksek bütçeli deneylerin yerine, sistemlerin bilgisayar ortamında modellenmesiyle iş gücü, zaman ve bütçeden tasarruf edilmiştir.

Bilkent Üniversitesi

21www.truba.gov.tr

Bilimsel merak ve geçmiş tecrübelerimiz

ışığında, yeni nesil 2B sistemlerin optoelektronik

özellikleri araştırılmaktadır.

2B GaN yapısı ve yük dağılımı

Yatay ve dikey GaN/AlN heteroyapıları

Grup VA (Arsenen) sisteminin eksitonik etkilerin dahil edildiği optik spektrumu

www.truba.gov.tr22

Yeni Nesil Nanoölçek Malzemelerin Sentezi ve Hesaplamalı Yöntemler ile Analizi


İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

Grup Üyeleri

Doç. Dr. Hasan Şahin

Doktora Öğrencileri

Ali Kandemir

Fadıl İyikanat

Efsun Tekneci

Sabuhi Badalov

Yüksek Lisans Öğrencileri

Zeynep Kahraman

Barış Akbalı

Elif Yılmaz

Mehmet Özcan

Lisans Öğrencileri

İsmail Eren

Doç. Dr. Hasan Şahin tarafından yönetilen CENT (Computational and Experimental NanoTechnology) grup, malzemelerin nanoölçekte gösterecekleri olağandışı özelliklerin araştırılması amacı ile bir yandan deneysel sentez ve karakterizasyonlar gerçekleştirirken, diğer taraftan da elde edilen bulguların aydınlatılması amacı ile teorik hesaplamalar yapmaktadır. 2007 yılından itibaren TRUBA kaynaklarını kullanmakta olan Dr. Şahin’in yaptığı çalışmalardan üretilen 95 adet makalesi uluslararası dergilerde basılmıştır ve bu yayınlara 6500’den fazla atıf yapılmıştır.

Deneysel aletlerdeki ilerlemenin bir sonucu olarak malzemelerin nano boyutlarda sentezlenmesi ve karakterizasyonu günümüzde mümkün olmuştur. Boyutsal indirgenmenin bir sonucu olarak ortaya çıkan kuantum etkileri malzemelerde yepyeni özelliklerin keşfine olanak sağlamaktadır. Dolayısıyla, teknolojideki bu ilerlemeler özellikle yeni nesil malzeme arayışlarına hız kazandırmıştır. Bununla birlikte nanoölçek malzeme sentezi süreçlerinin zorluğu deneysel çalışmalara destek sağlayacak olan teorik öngörülerin değerini artırılmıştır. Yoğunluk fonksiyoneli kuramı (DFT) gibi teorik araçların yüksek hızlı bilgisayarlar vasıtası ile kullanılması hızla ilerleyen malzeme araştırmaları için büyük öneme sahiptir.

Dr. Şahin ve grubu tarafından İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fotonik Bölümü çatısı altında yürütülen teorik çalışmalar ile moleküller ve düşük boyutlu kristal malzemelerin Elektronik, Manyetik, Fonon, Kuantum Transport ve Optiksel özelliklerinin

derinlemesine anlaşılması amaçlanmaktadır. Yoğunluk fonksiyoneli teorisi çerçevesinde elde edilen sonuçların olası uygulamaları ise deneysel gruplar ile yürütülen ortak çalışmalar ile araştırılmaktadır. CENT grup bünyesinde yapılan çalışmalar temel olarak 2 malzeme grubu üzerine yoğunlaşmaktadır; (i) grafen ve benzeri ultra-ince malzemeler ve (ii) yeni nesil perovskitler.

i. Yeni Nesil Perovskitler

Perovskit malzemeler 100 yıldır bilinen kristaller olmalarına rağmen son birkaç yıl içinde yapılan çalışmalar ile optoelektronik uygulamalar için önemli yapıtaşları olabilecekleri ortaya çıkmıştır. Özellikle ışık ile sağlanan giriş enerjisini yüksek verimlilikle elektriksel enerjiye dönüştürmeleri dolayısı ile perovskitler

23www.truba.gov.tr

günümüz nanoelektronik araştırmalarında en çok malzeme gruplarından biridir. Dr. Şahin ve grubu tarafından yapılan çalışmalarda CH3NH3PbI3 ve CsPbxBry gibi perovskitlerin sentezi, fotolümünesans karakterizasyonları ve Raman Spektroskopisi ile titreşimsel özelliklerinin belirlenmesi gerçekleştirilmektedir. Bunların yanı sıra, deneylerde gözlemlenen ilginç özelliklerin açıklanabilmesi amacıyla TRUBA bilgisayarlarında DFT hesapları yapılmaktadır. Dr. Şahin ve grubunun yakın zamanda basılmış olan çalışmalarında [Phys. Rev. Materials 2, 034601 (2018)] CsPbBr3 perovskit malzemesinin nem etkisi altında bozulma süreci

deneysel ve atomik-ölçek DFT hesapları ile incelenmiştir. Yapılan araştırma CsPbBr3 perovskit malzemesinin bozulma sürecinin, bilinenden farklı olarak, iki adımlı bir süreç olduğunu göstermiştir. İlk adımda nem etkisi ile bir araya gelen nanoteller daha stabil olan büyük agromerleri oluştururken ikinci adımda ise daha fazla neme maruz kalan malzemede su moleküllerinin perovskit kristal içerisine sızarak tamamen bozulmaya yol açtıkları görülmüştür.

Bu çalışmada TRUBA destekli hesaplamalar sayesinde su moleküllerinin yüzey ile ve yüzeyi kaplamış olan ligandlar ile

www.truba.gov.tr24

etkileşmeleri detaylı olarak incelenerek perovskit yüzeyinde gerçekleşen fiziksel olayların atomik ölçekte izahı mümkün olmuştur.

ii. Grafen ve Benzeri Ultra-İnce Malzemeler

Dr. Şahin ve grubu tarafından gerçekleştirilen bir diğer çalışma ise, ultra-ince MoS2 kristallerinin grafen için koruyucu bir tabaka olarak uygulaması üzerinedir. Bu çalışmada [Nanotechnology 28 41 5706 (2017)] grafen malzemesinin azot ile etkileşmesini engellemek amacı ile üzeri ultra-ince MoS2 ile kaplanmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar gözle görülemeyecek kadar ince

Gün ışığı ve UV ışık altında CsPbBr3 perovskit malzemesinin zamana göre yapısal ve optik özellikleri havadaki nem dolayısı ile değişmektedir.

bir MoS2 tabakasının bile grafeni azota karşı korumaya yeterli olacağını ortaya koymuştur.

Bu çalışmada azot atomlarının MoS2 yüzeyi üzerindeki difüzyon karakteristikleri, bağlanma enerjileri ve yüzeyi geçerken karşılaştıkları enerji bariyerleri TRUBA tarafından sağlanan yüksek kapasiteli bilgisayarlarda yürütülen paralel hesaplamalar ile belirlenmiştir.

25www.truba.gov.tr

MoS2 ile kaplanmış grafenin (a) optik ve (SEM) görüntüsü

Dr. Şahin ve grubu tarafından İzmir Yüksek

Teknoloji Enstitüsü Fotonik Bölümü çatısı

altında yürütülen teorik çalışmalar ile moleküller ve düşük boyutlu kristal malzemelerin elektronik,

manyetik, fonon, kuantum transport ve optiksel özelliklerinin

derinlemesine anlaşılması

amaçlanmaktadır.

www.truba.gov.tr26

Küçük Molekül Kütüphanelerinin Hedefe Yönelik Yaklaşımlar ve İkili QSAR Modelleri Kullanılarak Terapötik Aktivite ve Farmakokinetik Özelliklerinin Tahmininde Taranmaları


Bahçeşehir Üniversitesi

Grup Üyeleri

Doç. Dr. Serdar Durdağı

Dr. Ramin Ekhteiari Salmas

Dr. Gülru Kayık

Dr. Berna Doğan

Shaher Bano Mirza

Mehreen Zaka

Busecan Aksoydan

İsmail Erol

Işık Kantarcıoğlu

Gurbet Tutumlu

Elif İrem Gökmen

Bahçeşehir Üniversitesi Tıp Fakültesinde yer alan Hesaplamalı Biyoloji ve Moleküler Simülasyonlar Laboratuvarı’nda araştırmalar yapan grubumuzun çalışmaları, TRUBA kaynakları kullanılarak, genel olarak biyolojik sistemlerin hesaplamalı (computational) ve tıbbi kimya uygulamaları üzerine yoğunlaşmıştır. Araştırma grubumuzun disiplinler arası bu araştırmaları rasyonel ilaç tasarımında özellikle protein modellemesi, dinamiği ve mühendisliği, ligant- ve yapı-bazlı ilaç tasarımı, protein-ilaç, protein-protein, protein-DNA etkileşimleri ve ilaç optimizasyonu protokollerini kapsamaktadır.

İlaç endüstrisi tarafından 1990’larda geliştirilen, yüksek çıktılı tarama (high-throughput screening) yöntemlerinin oldukça pahalı olduğu görülmüştür ve bu yöntemler yeni ilaç öncülerinin bulunmasında sınırlı düzeyde başarılıdır. Bu nedenle ilaç geliştirme alanında moleküler biyoloji, moleküler modelleme, hesaplamalı kimya ve biyoloji alanlarındaki gelişmelerden de faydalanabilen yeni, daha rasyonel yaklaşımlar gerekmektedir. Son yıllarda giderek artan tanımlanmış kristal yapılar ve bu yapılara protein veri bankasından (protein data bank, PDB) erişim olanağı, bu verilerin moleküler modelleme çalışmalarında başarılı şablon (template) hedefler olarak kullanılabilmelerine olanak sağlamıştır. Hesaplamalı kimya ise, protein-ligant bağlanmalarının tanımlanması için kullanılan çeşitli simülasyon ve sanal tarama araçları ve algoritmaları, uygun ligantların tahmin edilmesine yardımcı olacak bağlanma verilerinin analizi için istatistiksel yöntemler ve modeller ile yeni ligantların tasarlanmasını kolaylaştıracak moleküler modelleme araçları sunmaktadır. Özellikle son yıllarda bilgisayar teknolojilerindeki gelişmeler ile paralel hesaplama yöntemlerindeki ilerlemeler, yüksek başarımlı hesaplama ve simülasyon tekniklerindeki hızlı gelişmeler birçok fizyolojik ortamın yüksek doğrulukta simüle edilebilmesini mümkün kılmıştır.

Protein-ligant etkileşimlerinin doğru tanımlanması moleküler biyoloji ve farmakoloji alanlarındaki çalışmalar için önemlidir. Bu amaca yönelik olarak ligand-bağlı reseptör komplekslerinin yapıları X-ışını kristalografisi ve NMR, bağlanma enerjileri hız sabitleri yardımı ve bağlanmada önemli olan amino asitler mutagenez çalışmaları sonucunda tanımlanabilir. Bu deneyler her ne kadar protein-ligand kompleksinin yeterli düzeyde tanımlanmasına katkı sağlasa da genellikle büyük bir çaba gerektirir ve rutin olarak gerçekleştirilmeleri zordur. Protein-ligant ve protein-protein kompleks yapıları ile ilgili benzer bilgiler,

27www.truba.gov.tr

Catechin molekülünün TNF-ligant bağlanma alanında 3D ligant etkileşim diyagramı.

Catachin molekülünün TNF-hedef yapısında MD simülasyon süresince konformasyonel değişimi (başlangıç: kırmızı, simülasyon sonu: mavi), kümeleme analizi.

moleküler kenetlenme ve moleküler dinamik (MD) simülasyonlar gibi moleküler modelleme teknikleri kullanılarak daha kolay elde edilebilir. Ligant-protein etkileşimlerinin tanımlanması ilaç tasarımı ve devamında yeni tedavi modellerinin araştırılmasında kritik öneme sahiptir.

Hazır küçük molekül kütüphanelerinin yapı ve ligant-bazlı yöntemler kullanılarak terapötik aktivitelerinin ve farmakokinetik özelliklerinin tahmininde sanal olarak taranmaları son yıllarda medisinal kimya alanında en fazla çalışılan alanlardandır.

Grubumuzda bu alanda yapılan çalışmalara örnek olarak aşağıdaki yayınlarımız verilebilir:

• Ramin Ekhteiari Salmas, Philip Seeman, Matthias Stein, Serdar Durdagi. Structural Investigation of the Dopamine-2 Receptor (D2R) Agonist Bromocriptine Binding to Dimeric D2HighR and D2LowR States. Journal of Chemical Information and Modeling (2018), doi: 10.1021/acs.jcim.7b00722

• Yusuf Serhat Is, Serdar Durdagi, Busecan Aksoydan, and Mine Yurtsever. Novel MAO-B Hit Inhibitors Using Multidimensional Molecular Modeling Approaches and Application of Binary QSAR Models for Prediction of their Therapeutic Activity and Toxic Effects. ACS Chem. Neuroscience (2018) 10.1021/acschemneuro.8b00095

• Busecan Aksoydan, Isik Kantarcioglu, Ismail Erol, Ramin Ekhteiari Salmas, Serdar Durdagi: Structure-based Design of hERG-Neutral Antihypertensive Oxazolone and Imidazolone Derivatives. Journal of Molecular Graphics and Modelling (2018) 79, 103-117.

• Shaher Bano Mirza, Regina Ching Hua Leed, Justin Jang Hann Chud, Ramin Ekhteiari Salmas, Thomas Mavromoustakos, Serdar Durdagi: Discovery of Selective Dengue Virus Inhibitors Using Combination of Molecular Fingerprint-Based Virtual Screening Protocols, Structure-based Pharmacophore Model Development, Molecular Dynamics Simulations and in Vitro Studies. Journal of Molecular Graphics and Modelling. (2018) 79, 88-102

• Ismail Erol, Busecan Aksoydan, Isik Kantarcioglu, Ramin E. Salmas, Serdar Durdagi: Identification of Novel Serotonin Reuptake Inhibitors Targeting Central and Allosteric Binding Sites: A Virtual Screening and Molecular Dynamics Simulations Study. Journal of Molecular Graphics and Modelling (2017) 74, 193-202.

• Shaher Bano Mirza, Ramin Ekhteiari Salmas, M. Qaiser Fatmi, Serdar Durdagi: Discovery of Klotho Peptide Antagonists Against Wnt3 and Wnt3a Target Proteins Using Combination of Protein Engineering, Protein-Protein Docking, Peptide Docking and Molecular Dynamics Simulations. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry (2017) 32, 84-98.

• Shaher Bano Mirza, Ramin Ekhteiari Salmas, M. Qaiser Fatmi, Serdar Durdagi: Virtual Screening of Eighteen Million Compounds against Dengue Virus: Combined Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulations Study. Journal of Molecular Graphics and Modelling (2016) 66, 99-107.

• Serdar Durdagi, Ramin E. Salmas, Matthias Stein, Mine Yurtsever, Philip Seeman: Binding Interactions of Dopamine and Apomorphine in D2High and D2Low States of human Dopamine D2 Receptor (D2R) using Computational and Experimental Techniques. ACS Chem. Neuroscience (2016) 7, 185-195.

www.truba.gov.tr28

Nano - ve İki - Boyutlu Malzemelerin HesaplamalıYöntemlerle İncelenmesi


Gebze Teknik Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Çetin Kılıç

Dr. Sümeyra Güler Kılıç

Mehmet Aras

Grubumuzda, hesaplamalı ilk-prensip yöntemleriyle atomistik malzeme tasarımı ve keşfine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmekte ve yeni-nesil teknolojilerde kullanım potansiyeline sahip olan nano- ve iki-boyutlu malzemelerin yapı, özellik ve davranışları araştırılmaktadır; TRUBA kaynakları ilk-prensip hesaplamalarının yapılmasında kullanılmaktadır.

Yarıiletken/elektronik endüstrisi bağlamında, güncel araştırma-geliştirme faaliyetlerinde aşağıdan-yukarıya nanoelektroniğe ve spintroniğe doğru gerçekleşmekte olan iki yönelim/kayma dikkat çekmektedir. Nanoelektronik uygulamaları ile ilgili çalışmalarımız, temel yapı taşları tek-katmanlı geçiş metali kalkojenleri (TMDs) olan düzlemsel ve van der Waals heteroyapıların tasarlanması üzerinedir. Spintronik uygulamalara yönelik araştırmalarımızda, yarıiletken nanotellere katkılama yaparak manyetik ve spintronik işlevsellik kazandırmanın yolları keşfedilmektedir.

TMD-tabanlı yarıiletken/yarıiletken eklemler üzerine gerçekleştirilen araştırmalar sayesinde düzlemsel ve van der Waals TMD heteroyapıları üretilmiş ve prototip cihazlarda kullanılacak seviyeye gelinmiştir. Ne var ki metal/yarı iletken eklemler aynı derecede araştırılmamıştır. Bu bağlamda, çalışmalarımız ekseriyetle TMD-tabanlı yarıiletken/yarıiletken eklem tasarımına ayrılmıştır. İlk-prensip hesaplamalarımız iki farklı geçiş metali kalkojeninden oluşan eklemlerde Schottky engeli oluştuğunu göstermiştir. Bununla beraber, TMD bölgelerinin kalınlıklarının değiştirilmesi ile ayarlanabilir özellikleri olan kompozit yapılar tasarlanabileceği öngörülmüştür; metal, dar bant aralıklı yarıiletken, metal/

yarıiletken eklem veya metal/manyetik metal eklem olabilen bu kompozit yapılar elektronik özellikler ve fonksiyonellik bağlamında çeşitlilik sağlamaktadır. Bu nedenle, hesaplamalı yöntemlerle tasarladığımız ve incelediğimiz kompozit yapılar iki-boyutlu elektronikte kullanım bulacağı ve yeni-nesil Schottky diyot, nanokapasitör, rezonans tünelleme çift bariyeri ve spin vanası gibi cihazların yapımını sağlayacağı düşünülmektedir.

Güncel araştırma-geliştirme faaliyetlerinde en çok çaba sarfedilen konulardan birisi spin-yörünge etkileşmesinin arttırılmasına dayalı olarak spin manipülasyonunun yapılabildiği mimariler tasarlamaktır. Bu tema çerçevesinde, spin-yörünge kuplajı artırılmış malzemelerin geliştirilmesi üzerine sürdürülen araştırmalarımız hafif yarıiletken nanotellere, ağır bir elemanla (düşük konsantrasyonlarda) katkılanma yapmak suretiyle, manyetik ve spintronik işlevsellik kazandırmanın mümkün olduğunu göstermiştir. Bu bağlamda, ağır elemanlarla katkılanan tek bir nanotelin spintronik bir cihaz olarak kullanılma potansiyeli ortaya çıkarılmakta ve harici elektrik alanlarla nasıl kontrol edilebileceği araştırılmaktadır. Ayrıca, manyetik veri işleme ve depolama cihazlarının minyatürleştirilmesi bağlamında son derece önemli olan manyetik anizotropilerin mühendisliğine olanak sağlayan ve spin-yörünge kuplajı ile beraber manyetik momentin arttırılmasına dayanan araştırmalar tasarlanmaktadır.

29www.truba.gov.tr

Yarıiletken nanotellere manyetik ve spintronik işlevsellik kazandırma

yollarının keşfedildiği ve iki-boyutlu malzemelerin

temel yapıtaşı olarak kullanıldığı tasarımların

gerçekleştirildiği araştırmalarımız

spintronik ve aşağıdan-yukarıya nanoelektronik

uygulamalarına yöneliktir.

Bizmut katkılı çinko oksit nanotelinin, elektrik alan altında iletkenlik bantı durumyoğunluğu ve eletronik bant yapısı.

(MoTe2)20 / (NiTe2)10 heteroyapısı: Schottky bariyeri.

www.truba.gov.tr30

Nano Yapıların Modellenmesi, İşlevsel HaleGetirilmesi ve Nanoteknoloji Uygulamalarında Kullanılması


Adnan Menderes Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Ethem Aktürk

Doç. Dr. Olcay Üzengi Aktürk

Dr. Fatih Ersan

Yelda Kadıoğlu

Taylan Görkan

Işıl Ilgaz Aysan

İlkay Özdemir

Yağız Bakır

Ali Uzunoğlu

Adnan Menderes Fizik Bölümü ve Nanoteknoloji Uygulama ve Araş-tırma Merkezi bünyesinde araştırmalar yapan grubumuz tarafından, TRUBA kaynakları kullanılarak, düşük boyutlu yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine araştırmalarımızı sürdürmekteyiz.

Malzemelerin boyutları nanometre ölçütlerine inince kütle çekimi etkisini yitirmeye ve kuantum davranışları klasik davranışların ye-rini almaya ve bunun sonucunda, malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri kesikli bir davranış sergilemeye başlar. Atom veya atom kümelerinin meydana getirdiği yapıların fiziksel ve kimyasal özel-likleri, yapının büyüklüğüne ve atom yapısının ayrıntılarına, dışarı-dan sisteme bağlanan yabancı atomun cinsine ve bağlandığı yere göre çok farklılık göstermektedir. Mevcut bir nanoyapıya yabancı bir atomun girmesi, elektronik, manyetik ve optik özellikleri değiştir-mektedir. Sahip oldukları kendilerine has ilginç elektronik, manye-tik, ısısal ve optik özellikleri ve bu özelliklerinin ayarlanabilir olması, bu tür düşük boyutlu yapıların farklı alanlarda kullanılmasına izin vermektedir.

Grubumuz, TRUBA kaynaklarını kullanarak düşük boyutlu yeni mal-zemelerin tasarlanması ve bunların işlevsel hale getirilmesi üzerine çalışmalar yaparak evrensel bilime önemli katkılarda bulunmakta-dır. Grubumuzun yapmış olduğu çalışmaların hepsinde yüksek ba-şarımlı bilgisayarlara ihtiyaç duyulmaktadır.

Bu gereksinimin büyük bir çoğunluğu TRUBA kaynakları kullanıla-rak karşılanmıştır. Bu bilgisayarlar yardımıyla sistemlerin fiziksel ve

31www.truba.gov.tr

Mevcut bir nanoyapıya yabancı bir atomun girmesi, elektronik,

manyetik ve optik özellikleri

değiştirmektedir.

kimyasal özellikleri ilk prensiplere dayalı yoğunluk fonksiyoneli teorisi gibi yöntemler kullanılarak incelenmektedir. Grubumuz tarafından yapılan çalışmalar aşağıdaki alt başlıklarda toplana-bilir:

a) Yeni malzemelerin tasarlanması

RuX2 (X=S, Se), RuCl3, RuI3,RuBr3, so-grup VA yapıları

b) Düşük boyutlu yüzeylere işlevsellik kazandırılması

Çeşitli atom ve moleküllerin grup VA, grup VA bileşikleri ve diğer tek tabakalı yüzeyleri ile etkileşmesinin incelenmesi

c) Manyetik özelliklerin incelenmesi

RuCl3, RuI3, RuBr3

d) Lityum iyon bataryaları ve suyun fotokatalitik yolla ayrış- ması için uygun malzemelerin belirlenmesi

MoS2, MoSe2, bunların bileşikleri, RuO2 ve IrO2 nanoya-

pılar

www.truba.gov.tr32

Grup V-V Elementlerinden Oluşan 2 Boyutlu Nano Yapıların Yapısal ve Elektronik Özelliklerin İncelenmesi


Ankara Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Handan Arkın Olğar

Prof. Dr. Ethem Aktürk

Zhaleh Hajipouran Benam

İlkay Özdemir

Araştırmalarımız, Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik

Mühendisliği Bölümü bünyesinde sürdürülmekte olup, Adnan

Menderes Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü ve Nanoteknoloji

Araştırma Merkezi ile iş birliği içinde yürütülmektedir. Nanoboyutlarda

malzemelerin özelliklerinin ve yapılarının kontrol edilmesi, amaca

uygun yüzeylerin tasarlanması, işlenmesi böylelikle de “akıllı

yüzeylerin” yaratılması ana motivasyonumuzdur. Bu bağlamda,

araştırmalarımız TÜBİTAK 116F103 no.lu proje kapsamında

desteklenmektedir. Çalışmalarımızda, TRUBA kaynaklarında

Quantum Espresso ve VASP programları kullanılarak kuantum

mekaniğine dayalı yoğunluk fonksiyoneli kuramı (DFT) ile

hesaplamalar ve modellemeler yapılmaktadır.

Nanoölçek fizikteki son çalışmalar, yeni tek katmanlı malzemeler

keşfetmeyi ve farklı koşullar altında özelliklerini ortaya çıkarmayı

amaç edinmiştir. Grafen için rakip arayışı, doğada var olmayan

yeni tek katmanlı kristal nano yapıların öngörülmesini ve sentezini

mümkün kılmıştır. Son zamanlarda, iki-üç siyah fosfor katmanından

oluşan mikrometre büyüklüğünde ince parçalar kullanılarak

FET transistörlerin üretimi, onun teorik analizi tek katmanlı

allotroplarının kararlılığını ortaya çıkararak grup V elementlerini

odak hâline getirmiştir. Bugüne kadar, bu 2D katmanlı malzemeler,

metaller, yarımetaller, yarı iletkenler ve yalıtkanlar dâhil olmak

üzere geniş elektromanyetik spektrum aralığını kaplamıştır.

a)

0

50

100

150

200

250

300

350 400

Γ ΧSY Γ

Freq

uenc

y (c

m-1

)

0

50

100

150

200

250

300

350 400 450

Γ Μ Κ Γ

b)

ΓΜΚ Γ

aw-AsPb-AsP

xyz

xy

zAs

P

∆z

y

x

z

y

z

x

Y SΧ

Grup V-V alaşımların arsenik fosforen (AsP) tek katmanlı yapının iki farklı yüzeyi

a) b-AsP ve b) aw-AsP ve kararlılık testleri için hesapladığımız fonon eğrileri.

33www.truba.gov.tr

Grup VA elementleri alaşımlarından oluşan

hexagonaltek-katmanlı yüzeylerde

farklı atomlarla etkileşimler, tek atom

değiştirmeli katkılama ve boşluk kusurlarının, farklı moleküllerle etkileşimleri.

Fosforen ve arsenen dâhil olmak üzere grup V elementlerinin

birkaç katmanlı veya tek-katmanlı yapıları, iki boyutlu (2D)

elektronik malzeme uygulamalarında ümit verici adaylar

olarak ortaya çıkmaktadır. Yarı metalik grafenden farklı olarak

bu sistemler, hâlâ nispeten yüksek taşıyıcı hareketliliğini

korurken, sıfırdan farklı bant aralığı göstermektedir. Bu sebeple

bu nanoyapılar, yeni nesil geniş bant aralığına sahip yarıiletken

akıllı malzeme dünyasında oldukça önemli yer tutmaktadır.

Araştırmalarımızda genel olarak grup VA elementleri

alaşımlarından oluşan hexagonal tek-katmanlı yüzeylerde

farklı atomlarla etkileşmeler, tek atom değiştirmeli katkılama

ve boşluk kusurlarının, farklı moleküllerle etkileşmeler üzerine

yoğunlaşmış durumdayız.

Bu iki yüzey üzerinde çalıştığımız boşluk kusurları, katkılama çalışmalarının şematik gösterimi ve hesaplanan fiziksel niceliklerden örnekler.

AsP

AsP

PAs

AsP

PAs

DO

S(st

ates

/eV

)

P s pxpypz

Energy(eV)

10

30

50 Total

2

4

-2 -1 0 1 2

As

0.5

1.5

2.5

3.5

-0.5

-1.5

-2.5

-3.5

s pxpypz

Energy(eV)-2 -1 0 1 2

DO

S(st

ates

/eV

)

VP

VAs

VAsPV=VacancyA=Antisite

b-AsP

A

aw-AsP

VAs

VP

VAsP

VAs VP

A

www.truba.gov.tr34

Cambridge Seyrekleştirilmiş Türbülanslı Alevler Serisinin LES/PDF Yöntemi ile Modellenmesi


Koç Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Metin Muradoğlu

Dr. Hasret Türkeri

Pratikte kullanılan gaz türbinlerinde, zaman ve uzunluk kısıtlarından dolayı, yakıt ile oksitleyici (hava) yanma odasına girmeden tam olarak karışamamaktadır. Bundan dolayı yakıt yanma odasına homojen olmayan konsantrasyonlarda girmekte ve yanma kısmen ön-karışımlı veya seyrekleştirilmiş (stratified) bir şekilde meydana gelmektedir. Cambridge/Sandia seyrekleştirilmiş türbülanslı alevleri bu durumu simüle etmek amacıyla dizayn edilmiştir. Türbülanslı yanma modelleri genellikle ya ön-karışımlı veya ön-karışımsız yanmalar için geliştirildiğinden, seyrekleştirilmiş alevlerin simülasyonu zor bir problemdir.

Bu çalışmada, daha önce araştırma grubumuz tarafından tamamıyla açık kodlu OpenFOAM kütüphanesi kullanılarak geliştirilen LES/PDF yöntemi Cambridge/Sandia seyrekleştirilmiş türbülanslı alevler serisine başarıyla uygulanmıştır.

Bu araştırma Prof. S.B. Pope (Cornell Üniversitesi, ABD) ve Prof. X. Zhao (Connecticut Üniversitesi, ABD) ile iş birliği yapılarak gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlarda, hava/metan yanması için 16-bileşenli ARM1 kimyasal kinetik modeli kullanılmış ve kimyasal kinetik model denklemlerinin çözümünde ISAT yöntemi LES/PDF yöntemine entegre edilmiştir. Simülasyonlarda diferansiyel difüzyon etkileri de hesaba katılmıştır. Detaylı hesaplamalar ön-karışımlı (premixed, SwB1), orta derecede seyrekleştirilmiş (SwB5) ve yüksek oranda seyrekleştirilmiş (SwB9) alevleri için icra edilmiştir. LES/PDF simülasyon sonuçlar deneysel verilerle detaylı bir şekilde karşılaştırılmış ve çok iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür. Özellikle resirkülasyon bölgesinin uzunluğu, ortalama ve rms SwB9 sıcaklık ve CH4 konturları

LES/PDF/ISAT: Deneysel düzenek

35www.truba.gov.tr

LES/PDF simülasyon sonuçlar deneysel

verilerle detaylı bir şekilde karşılaştırılmış ve çok

iyi bir uyum içeresinde olduğu görülmüştür.

hız profilleri, ortalama ve rms sıcaklık profilleri, eşdeğerlilik oranı ve bileşen kütle oranları deneysel verilerle çok iyi bir uyum içerisindedir. Bununla birlikte, seyrekleştirilme oranı arttıkça CO kütle oranının resirkülasyon bölgesinde küt cisme yakın kesitlerde deneysel verilere kıyasla biraz düşük tahmin edilmiştir. Bileşenlerin mol oranlarının ve sıcaklığın saçılım grafikleri (scatter plots) çizdirilmiş ve deneysel verilerle uyum içinde olduğu gözlenmiştir.

Özellikle yerel sönümleme için önemli bir parametre kabul edilen sıcaklıkla-şartlandırılmış ortalama bileüen kütle oranlarının deneysel verilerle uyumlu olması LES/PDF yönteminin üstünlüğünü göstermesi açısından önemlidir. TRUBA sistemlerinde doksanaltışar çekirdek ile yapılan simülasyonlar yaklaşık 20 günde tamamlanmıştır. Elde edilen sonuçlar Combustion and Flame dergisine gönderilecektir.

SwB9 sıcaklık ve CH4 konturlarıOrtalama hız profilleri Akım çizgilerinin deneyle karşılaştırılması

www.truba.gov.tr36

Amorf Malzemelerin ModellenmesiAraştırma Projeleri

Abdullah Gül Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Murat Durandurdu

Ayşegül Özlem Çetin

Duygu Tahaoğlu

Mustafa Erkartal

Tevhide Ayça Üçhöyük Abdullah Gül Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümünde grubumuz yoğunluk fonksiyonel teorisini kullanarak amorf malzemelerin modellenmesi, malzemelerin yüksek basınç ve sıcaklıktaki davranışları ve malzemelerin elektronik ve mekanik özelliklerini araştırmaktadır. Simülasyonlarımızın önemli bir kısmı TRUBA kaynakları kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Çalışmalarımız, aşağıda ayrıntıları verilen üç ana başlık altında yürütülmektedir.

Bor zengini malzemeler, yüksek sertlik, kimyasal direnç, süperiletkenlik, yüksek ergime sıcaklığı, nötron saçılımı, düşük yoğunluk ve termoelektrik gibi mükemmel fiziksel özellikleri olan teknolojik malzemelerdir. Bu fiziksel özelliklerinden dolayı, yüksek güç elektroniğinde, süperiletkenlerde, ısıya dayanıklılık gerektiren uygulamalarda, nükleer reaktör kaplamalarında, vücut zırhı yeleklerinde, çeşitli kesme ve aşındırma aletlerin yapımında ve yarıiletken teknolojisinde kullanılmaktadır. Deneysel çalışmalar bazı bor zengini malzemelerin amorf formlarında da sentezlenebileceğini önermektedir. Yalnızca amorf malzemelerin gerek fiziksel özellikleri gerek atomik yapıları henüz net bir şekilde bilinmemektedir. Grubumuzda ab initio moleküler dinamik tekniği kullanarak bor zengini amorf malzemeleri modellenmekte ve bu malzemelerin elektrik ve mekanik özelliklerini belirlemektedir.

İri hacimli metalik cam alaşımlar, yeni sınıf malzemeler olup olağanüstü mekanik ve fiziksel özelliğe sahiptir. Olağanüstü özelliklerinden dolayı, bu malzemeler, son yıllarda, araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. Bu cam alaşımların mükemmel özellikleri ile lokal atomik yapıları arasında doğrudan bir ilişki olduğundan hiç şüphe yoktur. Fakat bu malzemelerin atomik yapıları hâlâ net bir şekilde bilinememektedir. Bunun nedeni ise mevcut deneysel tekniklerin, kristallerin aksine, düzensiz sistemlerinin lokal yapılarını açık bir şekilde belirleyememesinden kaynaklanmaktadır. Metalik camların yerel yapıları hakkındaki temel eksik bilgilerin güvenilir bilgisayar Ca72Zn28 Nanocam

37www.truba.gov.tr

Simülasyonlarımızın önemli bir kısmı

TRUBA kaynakları kullanılarak

gerçekleştirilmektedir.

simülasyonlarıyla elde edilebileceğinden hiç şüphe yoktur. Grubumuz ab initio moleküler dinamik tekniğini kullanarak bu malzemeler hakkında atomik düzeyde bilgi edinmekte ve bu malzemelerin olağanüstü özelliklerini açıklamaya çalışmaktadır.

Basınç uygulanarak oluşturulan amorf MOF (metal organic framework)’ lar, kristalline hâllerinden farklı olarak birçok yeni özellik göstermektedir. Örneğin, amorf MOF’lar, ilaç teslim sistemi ve nükleer atıkların depolanması gibi uygulamalar için umut vaat eden aday malzemelerdendir. Bu uygulamaların temel prensibi konakçı MOF yapının, konuk molekül etrafında basınç yoluyla çökertilmesi sürecine dayanmaktadır. Diğer taraftan, kısmi amorfizasyon yoluyla yapı içerisindeki yük dağılımının bozulması, karbondioksit gibi polar moleküllerin kafes yapı içerisinde daha fazla depolanmasına imkân sağlamaktadır. Grubumuzda kuantum mekaniği simülasyonları kullanılarak MOF’ların yüksek basınçtaki davranışları araştırılmaktadır.

Araştırmalarımız, TÜBİTAK (114C100 ve 117M372), BAP (FBA-2017-86) ve Abdullah Gül Üniversitesi Destekleme Vakfı tarafından desteklenmiş/desteklenmektedir.

Amorf BN içerisinde oluşan B16 molekülü.MOF-5’in basınç altında amorfizasyonu.

www.truba.gov.tr38

Yıldızlararası Ortamdaki Moleküllerin DinamiğiAraştırma Projeleri

Fırat Üniversitesi

Grup Üyeleri

Octavio Roncero

Prof. Dr. François Lique

Prof. Dr. Niyazi Bulut

Dr. Tomas Gonzalez LezanaAtom-molekül ve molekül-molekül etkileşmelerinin kuantum

mekaniksel olarak ele alınması; evrenin oluşum süreci, yıldızlar

arasındaki kimyasal süreçler ve evrenin oluşumundaki büyük patlama

teorilerine yönelik yeni bilgilerin elde edilmesi bakımından oldukça

önemlidir. Bu kapsamda çalışmalarımızda kuantum mekaniksel

gerçek hesaplamalar yapılıp, elde edilen sonuçlar, uluslararası

farklı ülkelerdeki guruplar ile istişare ve ortak çalışmalarla literatüre

kazandırılmaktadır. Dünya literatürü ile aynı seviyede ilerleyebilmek;

ancak TRUBA kaynaklarını kullanarak mümkün olabilmektedir.

Uzayda, döteryumlanmış türler, yapılan gözlemler sonucunda

şaşırtıcı derecede bol miktarda bulunduğu tespit edilmiştir. Son

zamanlarda OH+ molekülünün keşfinden sonra, yıldızlararası

ortamda OD+ molekülünün olası oluşumu için bazı çalışmalar; TRUBA

kaynakları kullanılarak yapılmaktadır. Teorik çalışmalarımızda,

TRUBA kaynakları ile paralel programlamadan faydalanarak farklı

iyonik moleküllerin reaksiyon dinamik ve kinetikleri araştırılmaktadır.

Bu çalışmalar sonucunda reaksiyon tesir kesitleri, hız sabitleri gibi

kuantum mekaniksel büyüklükler elde edilmektedir.

TRUBA kaynakları kullanılarak elde edilen reaksiyon ihtimaliyetleri

ve tesir kesitleri, yıldızlar arası bölge ve evrenin yapısı hakkında

bilgi vermektedir. Bu sonuçlar bir grup çalışması neticesinde elde

edilmiş olup hesaplamalarımızda zamana bağlı ve zamandan

bağımsız Schrödinger denkleminin çözümünden yararlanılmıştır.

39www.truba.gov.tr

Dünya literatürü ile aynı seviyede

ilerleyebilmek; ancak TRUBA kaynaklarını kullanarak mümkün

olabilmektedir.

www.truba.gov.tr40

Moleküler Modelleme ile Malzeme ve İlaç Kimyasına Yaklaşımlar


Boğaziçi Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Viktorya Aviyente

Dr. Seyhan Salman

Haydar Taylan Turan (Doktora)

Oğuzhan Küçür (Y. Lisans)

Birce Kahraman (Y. Lisans)Moleküler modelleme; moleküllerin davranışlarını belirlemek veya benzetmek için kullanılan kuramsal ve hesapsal yöntemleri kapsar. Bu yöntemler hesapsal kimya, ilaç tasarımı, hesapsal biyoloji, malzeme bilimi alanlarında küçük moleküller veya büyük biyolojik sistemleri içeren geniş bir spektrumu içine alır. Bu bilim dalı için hızlı bilgisayarlara ve/veya yüksek performanslı hesaplama merkezlerine ihtiyaç vardır. 80’li yılların başından beri gelişmekte olan bilgisayar teknolojileri ile birlikte moleküler modelleme dev adımlarla ilerlemektedir. Hesaplamalı kimya ve biyoloji dallarında bugüne kadar 2 kez Nobel ödülü verildi: 1998 yılında Walter Kohn ve John Pople teorik kimyada, 2013 yılında Martin Karplus, Michael Levitt ve Arieh Warshel kompleks sistemlerin hibrit yöntemlere modellenmesi konularında Nobel ödülleri aldılar.

Boğaziçi Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümündeki hesapsal kimya ve biyokimya laboratuvarındaki (http://ccbg.chem.boun.edu.tr/) araştırmalarımız malzeme ve ilaç kimyasında yoğunlaşmaktadır.

Fotovoltaik Pil Malzemelerinin Tasarımı

Boğaziçi Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü bünyesinde enerji ana başlığı altında organik fotovoltaik pil malzemesinin tasarımı yapılmaktadır. Anorganik pillerin güç dönüşüm verimliliği % 10 ile % 40 arasında değişmektedir, ancak kullanılan malzemeler/süreçler genellikle toksik ve maliyetleri yüksektir. Anorganik güneş pilleri ile karşılaştırıldığında, organik fotovoltaik piller (OPV) kolay üretildikleri, düşük maliyetli, hafif oldukları için birçok avantajlara sahiptirler. Organik fotovoltaik pil malzemesinin düşük bant aralığı (band gap) özelliğini taşıması ve yüklerin rahat hareket edebilmesi istenir.

41www.truba.gov.tr

Bu yöntemler hesapsal kimya, ilaç tasarımı,

hesapsal biyoloji, malzeme bilimi

alanlarında küçük moleküller veya büyük

biyolojik sistemleri içeren geniş bir

spektrumu içine alır.

Geleneksel toplu heterojunction (bulk heterojunction-BHJ) organik fotovoltaik hücrelerde (OPV) aktif tabakada akseptör (A) olarak [6,6]-fenil-C61-butirik asit metil ester (PCBM) gibi bir fulleren türevi, donör (D) olarak ise elektron veren bir malzeme kullanılır. Son yıllarda yarı iletken oligomerler OPV pillerinde elektron veren gruplar olarak (D) başarı ile kullanılmışlardır. Projelerimizde organik fotovoltaik pillerde (OPV) güç dönüştürme verimliliğini (PCE) artıracak yeni malzemeler tasarlanmaktır. Bu bağlamda önerilmiş olan oligomerlerin elektronik özellikleri, yığılma motifleri ve yüklerinin hareketliliği Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi (DFT) ile belirlenmiştir. Araştırmanın başarılı olması, çok düşük maliyetli güneş enerjisi için teknoloji sağlanmasına olanak sağlayacaktır; böylelikle yeni ve sürdürülebilir ucuz enerjinin, ulusal ve küresel gelişmelere olumlu etkisi olacaktır. İleri düzeyde çok ölçekli modelleme-benzetim tekniklerinin uygulandığı bu çalışmalar, kurum içi desteklerine ek olarak BAP (9840), TÜBİTAK (TBAG-113Z210) ve COST (MP1307) tarafından fonlanmaktadır.

Yukardaki şekilde görülen moleküllerden yola çıkarak DFT hesaplamaları sonucunda uygun özellik gösteren akseptör ve donor çiftlerinden fotovoltaik pil malzemesi için önerilerde bulunulmuştur.

www.truba.gov.tr42

Ligand-Protein Bağlanma Sürecinin Hesapsal Yöntemlerle İncelenmesi Grup Üyeleri

Dr. Gülşah Cifci

Doç. Dr. Demet Akten Akdoğan

Prof. Gerald Monard

Hesapsal biyolojinin en önemli hedeflerinden biri enzim ve proteinlerle küçük moleküllerin bağlanma eğilimlerinin tespit edilmesidir. Moleküler doklama, hedef olan proteinin aktif bölgesine küçük moleküllerin enzim içinde konumlarını belirlemek için kullanılmaktadır. Son yıllarda, doklama yöntemleri, kullanılan skorlama yöntemlerinin parametrelerinin geliştirilmesi sayesinde daha güvenilir sonuçlar vermesine karşın, skorlama fonksiyonlarının sonuçları deneysel verilerle her zaman uyum içinde olmamaktadır. Bu bağlamda hesapsal ilaç kimyasının amaçlarından biri de ligand-enzim (protein) arasındaki bağlanma enerjisinin (Gbind) ilaç sentezinden önce hassas yöntemlerle hesaplanmasıdır. Moleküler Mekanik/Poisson-Boltzmann Yüzey Alanı (MM/PBSA) ve Moleküler Mekanik/Genelleştirilmiş Born Yüzey Alan (MM/GBSA) yöntemleri serbest enerji hesaplamalarında başarı ile kullanılmışlardır. Bu projede MM/GBSA yöntemi kullanılarak kompleks, enzim ve inhibitör moleküllerinin Gibbs Serbest enerjilerinin farkı ile bağlanma enerjileri hesaplanarak deneysel verilerle ilişkisi değerlendirilmiştir.

Yandaki şekilde PDE-IVB X-ışını yapısı gösterilmiştir: Aynı iki zincir yeşil ve mavi, ko-kristalize inhibitor rolipram pembe, Zn+2 ve Mg+2 iyonları mor ve metallar arasındaki 788. kök su molekülü kırmızı ile gösterilmiştir.

Siklik bir nükleotid olan fosfodiesteraz enzimi (PDE) adenozin veya guanozin 3’,5’-siklik monofosfatı (cAMP veya cGMP) 5’-AMP veya 5’-GMP’ye hidrolize eder. Siklik AMP ve siklik GMP hücreler arası haberleşmeyi sağlarlar. PDE’ler kalp yetmezliği, astım, kronik obstrüktif akciğer hastalığı, depresyon, retina degradasyonu gibi biyolojik düzensizliklerde klinik objelerdir. PDEIV’ün özellikle akciğer hücrelerinde etkili olduğu bilinmektedir. Fosfodiesteraz (PDE) inhibitörleri inflamatuar hücrelerdeki siklik AMP düzeyini arttırarak bronkodilatasyon yanında, inflamatuar hücrelerin kemotaksisini, aktivasyonunu ve degranülasyonunu azaltır. Rolipram PDEIV inhibitörleri arasında en çok çalışılmış olanıdır. Diğer PDE inhibitörlerinde olduğu gibi rolipram da PDE’ye eğiliminde sübstratla yarışır.

43www.truba.gov.tr

Aşağıdaki şekilde rolipram molekülünün MOE yazılımı ile etkileşim analizi görülmektedir.

Bu projede PDEIV’ü inhibite edecek yeni ligand adayları önerildi. Bu çalışmada 13 farklı PDE-IVB inhibitörü için MM-GB/SA metodu uygulanarak bağlanma enerji hesabı sonucu enzime en iyi bağlanacak ligandların tasarımı hedeflenmiştir. Her ligand molekülüne ait en iyi poz alınarak hesaplanan bağlanma enerjileri sonrasında, IC50 (IC50 yarı maksimal engelleyici konsantrasyon olarak bilinip bir kimyasalın bir reaksiyonu durdurma eğilimi ile ilişkilendirilir) ve bağlanma enerjileri arasında elde edilmek istenen doğrusal ilişki farklı poz ve sınıf analizleriyle geliştirilmiştir. Sonuç olarak, IC50 değerleri

ile bağlanma enerjileri arasındaki doğrusal ilişkinin başarısı (R2 = 0.985), test setindeki ligand molekülleri için tekrar edilmiş ve bu yöntemin başka veritabanları için uygulanabilir olduğu kanıtlanmıştır. Bu çalışma kurum içi desteklerine ek olarak BAP (1856), TÜBİTAK (TBAG-113Z001) tarafından fonlanmıştır.

Araştırmacılar, yüksek başarımlı hesaplama olanakları için TRUBA’ya, teknik ve idari destek için TRUBA personeline sonsuz teşekkürlerini sunar.

www.truba.gov.tr44

Biyosistemlerde Moleküllerin Temel ve Uyarılmış Hal Özelliklerinin Moleküler Modelleme Yoluyla İncelenmesi


Ege Üniversitesi

Grup Üyeleri

Prof. Dr. Cenk Selçuki

Doç. Dr. Nursel Acar Selçuki

Ersin Gündeğer

Gülin Ürgenç

Deniz Karatay

Süleyman Kurt

Tuğçe Şener Raman

Seda Gezer

Fulya Çağlar

Hasip Çirkin

Seda Yüzeren

Mehmet Altundağ

Moleküler modelleme, molekül sistemleri için oluşturulan modelleri hesapsal yöntemler yardımıyla inceleyen bilim alanıdır. Kullanılan yöntemler kuantum mekaniksel yöntemler (QM), klasik mekanik yöntemler (MM) ya da bunların bileşkesi olan kuantum mekaniksel/klasik mekanik yöntemler (QM/MM) olarak üç ana grupta toplanabilir. Özellikle deneysel çalışmaların süreç ve maliyetini azaltması, deneysel çalışmaları tamamlayıcı rolü nedeni ile son derece popüler ve yaygın bir alan olarak dikkat çekmektedir.

Temel çalışma alanlarımız, biyokimyasal moleküller için oluşturulan model sistemlerde, biyomoleküllerin ve/veya biyosistemlerde önemli olan moleküllerin diğer biyomolekül ve/veya metal iyonları ile olan etkileşimleri, kanser tanı ve tedavisinde kullanılabilecek peptidlerin belirlenmesi ve/veya tasarımı, aptamerler ve moleküler damgalanmış polimerler (Molecularly Imprinted Polymers, MIPs) olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmalarda kuantum mekaniksel bir yaklaşım olan Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi metodları (Density Functional Theory, DFT) ve uyarılmış ha l ile spektroskopik özelliklerin hesaplanmasında ise Zamana Bağlı Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi metodları (Time-Dependent Density Functional Theory, TD-DFT) ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Genel olarak çalışmalarımızda amino asitler, nükleobazlar ve küçük peptidler kullanılmaktadır. Son zamanlarda daha büyük boyutlu sistemlerle çalışabilmek için Moleküler Dinamik (MD) ve hibrit yöntemler de (QM/MM gibi) kullanılmaya başlanmıştır.

Gruptaki çalışmalarda hem lisans hem lisansüstü öğrenciler yer almaktadır. Lisans öğrencileri biyokimya ve kimya bölümlerinde, lisansüstü öğrenciler ise biyokimya, kimya, biyoteknoloji ve sağlık biyoinformatiği ana bilim dallarında çalışmalarını yürütmektedirler.

Molekül 2’nin gaz fazında ve THF içerisinde hesaplanan HOMO ve LUMO orbitallerinin şekilleri ve orbital enerjileri [J. Porphyrins Phthalocyanines 22,

64–76, 2018; DOI: 10.1142/S1088424618500013].

45www.truba.gov.tr

Grup; Prof. Dr. Cenk Selçuki ve Doç. Dr. Nursel Acar Selçuki danışmanlığında, öğrencilerimiz Ersin Gündeğer, Gülin Ürgenç, Deniz Karatay, Süleyman Kurt, Tuğçe Şener Raman, Seda Gezer, Fulya Çağlar, Hasip Çirkin, Seda Yüzeren ve Mehmet Altundağ’dan oluşmaktadır. Çalışmalardaki hesaplamalar kısmi olarak TÜBİTAK ULAKBİM TRUBA kaynakları kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

Serotonin (S)-akrilamid (A)-DMSO (D) komplekslerinin 1:3:1 oranı için B97xD/6-31++G (d, p) seviyesinde optimize edilmiş yapıları [J. Mol. Model. 22, 148, 2016; DOI 10.1007/s00894-016-3018-9].

Takrin ve sakkarinin suda deneysel ve hesapsal (B3LYP/6-311++G (d, p) seviyesinde) UV-vis absorpsiyon spektrumları [J. Mol. Model. 23, 17, 2017; DOI 10.1007/s00894-016-

3195-6].

Özellikle deneysel çalışmaların süreç ve maliyetini azaltması, deneysel çalışmaları

tamamlayıcı rolü nedeni ile son derece popüler

ve yaygın bir alan olarak dikkat çekmektedir.

www.truba.gov.tr46

Tüm akademik araştırmacılara hizmet veren ilk ulusal merkez

TRUBA!

47www.truba.gov.tr

TRUBA, tamamı TÜBİTAK ULAKBİM’de tasarlanan, kurulan ve yönetilen bir sistemdir.

www.truba.gov.tr48

Ulusal Altyapı ve AB Projeleri

TUGA

SEE-GRIDFP6

EGEE-II FP6

EGEE-III FP7

EGI-InSPIRE FP7

e-IRG SP3 FP7

PRACE-II FP7

EGI-Engage H2020

EOSC-Hub H2020

SEE-GRID-2 FP6

SEE-GRID-SCI FP7

SEERA-EI FP7

EUMedGrid-Support FP7

EUMedGrid FP6

TDVM DPT

TRUBA Güçlendirme TR-Grid Re-ISDPT

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022

PROJELER

BÖLGESELPROJELER

ULUSLARARASIPROJELER

49www.truba.gov.tr

www.truba.gov.tr50

Araş. Gör. M. Anıl KızılaslanEskişehir Osmangazi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği

Prof. Dr. Handan Arkın OlğarAnkara Üniversitesi, Fizik Mühendisliği

Kullanıcı Yorumları

Su yapıları etrafında oluşan türbülanslı ve serbest yüzeyli akımların benzetiminde karşılaştığımız en büyük zorluk büyük hesaplama ağları üzerindeki sayısal çözümlerin uzun zaman almasıydı. TRUBA kaynaklarını, ilk defa 2015 yılında kullanmaya başladığımızda uzun süren hesaplamaları paralel hesaplama ile çok çekirdekli hesaplama kümeleri üzerinde daha kısa sürelerde gerçekleştirebilme imkânı bulduk. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri kaynakları ile desteklenen “Yuvarlatılmış Burunlu Geniş Başlıklı Savağın Membasındaki Üç Boyutlu Türbülanslı Akışın Sayısal Benzetimi” başlıklı projede akış simülasyonlarını farklı savak tipleri kullanılarak eş zamanlı olarak gerçekleştirebildik. İleride yapılacak araştırmalarda da TRUBA kaynaklarını etkin bir şekilde kullanmayı istiyoruz. 13-17 Kasım 2017 tarihleri arasında gerçekleştirilen MPI eğitimine grup üyelerinden Arş.

2016 yılı ve sonrasında TÜBİTAK 116F103 projesi kapsamında öğrencilerimle birlikte daha aktif şekilde kullanmaya başladığımız TRUBA kaynaklarında eş zamanlı olarak kendi imkânlarımızla aldığımız işistasyonlarında yapmamızın imkansız olduğu hesapları çok kısa sürede yapma imkanı bulduk. Araştırmalarımızda hesaplama ve veri depolamak üzere kullanmaya devam ediyoruz. Son iki yılda 5-6 makalemizin tüm hesaplarını TRUBA kaynaklarında yaptık. Bu süreçte, ne sorunla karşılaşsak hemen sorunumuza çözüm sunan bir ekibin karşıda

Gör. M. Anıl Kızılaslan katılmış ve MPI programlama konusunda bilgilendirilmiştir. TRUBA tarafından ileride gerçekleştirilecek kullanıcıları bilgilendirmeye ve geliştirmeye yönelik bu tip eğitimleri memnuniyetle takip edeceğiz. Proje çalışmalarında kullandığımız kodun kurulması ve çalışır hâle getirilmesi, aynı zamanda ilerleyen aşamalarda karşılaştığımız birçok sorunun giderilmesi konusunda hızlı destek veren TRUBA teknik personeline teşekkür ederiz.

olduğunu da birçok defa gördük. Onların da başarımızda çok büyük payları var kuşkusuz. Karşılaştığımız her türlü teknik sorunda, bizlere hızlı bir şekilde destek olan TRUBA ekibine sonsuz teşekkür ederiz.

51www.truba.gov.tr

Dr. Berna AkgençKırklareli Üniversitesi, Fizik Bölümü

Prof. Dr. İzzet KaraPamukkale Üniversitesi, Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi

Simülasyon hesaplamaları günümüzde bilimsel çalışmalarda kullanılan vazgeçilmez bir yöntem hâline gelmiştir. Hesaplamalı bilim, deneyinin yapılmasının çok pahalı ve tehlikeli olduğu durumlarda laboratuvarda olabilecekleri önceden tahmin etmeyi sağlayan önemli bir araçtır. Hesaplamalı bilim yardımı ile fiziksel dünyanın simüle edilip modellenmesi sayesinde deney sonrasında meydana gelebilecek olası tehlikeler ortadan kaldırılır. Hesaplamalı malzeme bilimi mevcut ve gelecekteki teknolojik uygulamalar için ağır çalışma koşullarında kullanılmak üzere yeni malzemeler oluşturmaya yardımcı olur. Bu anlamda teknolojik gelişmeleri yakından takip eden ve oldukça geniş uygulama ve kütüphaneye sahip TRUBA, ülkemizde yeni kurulan üniversitelerde görev yapan bilim insanlarının bilimsel faaliyetlerini yürütülebileceği bir platform oluşturması açısından oldukça önemlidir.

2007 yılında TÜBİTAK tarafından hızlı destek projesi kapsamında desteklenen “Barbiturik asit türevi disazo boyar maddelerinin molekül yapısı, IR ve NMR spektrumlarının ab-initio hesaplama metodu ile incelenmesi” başlıklı çalışmamız (Projesi No: 107T606) ile TRUBA kaynaklarını kullanmaya başladık. Çalışmalarımız bilgisayar destekli teorik çalışmalar olduğundan, Yüksek Performanslı Hesaplama kümelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sorunumuzu TRUBA aracılığı ile aşmış bulunmaktayız. Araştırmacılar olarak, bireysel sunucular ile uğraşmak yerine TRUBA ile yüksek verimlilikte

TRUBA hesaplama kümeleri yardımı ile doktora sonrası çalışmalarımda, ileri simülasyon ve modelleme metotları kullanarak geniş kapsamlı malzemelerin yapı, mekanik, elastik, dielektrik, piezoelektrik özellikleri, kimyasal yapılandırma ve bileşenler ile özel işlem koşulları tarafından belirlenen nano-yapının fonksiyonu olarak davranışları ve teknolojideki uygulama potansiyellerinin anlaşılması odaklı çalışmalar yapmaktayım. Akademik gelişimime katkı sağlayan, bilimsel çalışmalarımın uluslararası düzeyde literatüre sunulması ve nihai sonuçta bilimsel çalışma olarak sonuçlandırılması adına TRUBA ve ekibine teşekkürü bir borç bilirim.

çalışmakta ve sonuç almaktayız. Bizim için son derece büyük bir kolaylık olmasının yanı sıra, sürekli güncellenen sunucu alt yapısı ile herhangi bir endişemiz kalmamıştır. TRUBA, en güncel teknik altyapı ve ergonomik olarak çalışmalarımıza destek vermektedir.

Bize her türlü kolaylık ve teknik desteği sağlayan ULAKBİM’e, ayrıca bizim sorularımıza sabırla ve özveri ile çözüm ürettikleri için TRUBA Operasyon Merkezine çok teşekkür ederim.

www.truba.gov.tr52

Doç. Dr. E. Deniz TEKİNTürk Hava Kurumu ÜniversitesiMakine Mühendisliği

Kullanıcı Yorumları

2009 yılından beri çalışmalarımda TRUBA alt yapısını kullanıyorum. Daha önce tek bir işlemciyle, oldukça uzun zaman bekleyerek yaptığım hesapları TRUBA alt yapısını kullanarak son derece hızlı bir şekilde bitirip, sonuç elde edebiliyorum. TRUBA Operasyon Merkezi çalışanlarının karşılaştığımız sorunlara çok kısa sürede verdikleri açıklayıcı cevaplarından dolayı da işlerimiz daha hızlı yürüyor. Ayrıca, özenle hazırlanmış internet sayfasında TRUBA alt yapısını kullanabilmek için gerekli her türlü bilgiye ulaşmak mümkün.

Genel olarak çalışmalarımda GROMACS paket programını kullanarak, değişik biyomoleküllerin termodinamik ya da mekanik özelliklerini anlamak için moleküler dinamik (MD) hesaplamaları yapıyorum.

“Molecular dynamics simulations of self-assembled peptide amphiphile based cylindrical nanofibers” [E. D. Tekin, RSC Advances, 5, 66582-66590 (2015)] başlıklı çalışmamızda, peptit amfifil moleküllerinden oluşturulan değişik boyutlardaki silindirik nanoliflerin yapısal özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiş ve Kendiliğinden-Toplanma sürecinde rol oynayan faktörler araştırılmıştır.

53www.truba.gov.tr

Prof. Dr. Nejat Bulutİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik

TRUBA kaynaklarını 2011 yılında “Sayısal çok-tanecik fiziği yöntemlerinin kullanılarak yüksek-sıcaklık yarıiletkenleri ile manyetik yarıiletkenlerin elektronik özelliklerinin incelenmesi” adlı 110T387 nolu TÜBİTAK 1001 araştırma projesinde kullanmaya başladık. Bu proje kapsamında bir metaloenzim olan vitamin B12 ‘nin kofaktörlerinden siyanokobalamin (CNCbl) molekülünün elektronik ve manyetik özelliklerini Haldane-Anderson modeli çerçevesinde inceledik. Bu modeli çözebilmek için öncelikle yoğunluk fonksiyoneli teoremi (DFT) ile Anderson Hamiltoniyeni parametrelerini elde ettik. Daha sonra, oluşturduğumuz etkin Anderson Hamiltoniyeni’ni, TRUBA kaynaklarını kullanarak geliştirdiğimiz çok-orbitalli Hirsch-Fye kuantum Monte Carlo (QMC) algoritması ile çözdük. Hesaplarımız için çok fazla çekirdek-zamana ve disk alanına ihtiyacımız vardı. TRUBA kaynaklarının sunduğu imkanlar ile paralel hesaplama yöntemlerini kullanarak kısa zamanda araştırmamız için pek çok sonuç elde ettik. 2013 yılında hem 1001 projemizi bitirdik hem de araştırma grubumuzun üyeleri olan Selma Mayda ve Zafer Kandemir yüksek lisans tezlerini tamamladı.

2014-2017 yılları arasında “Geçiş-elementi içeren moleküllerin elektronik özelliklerinin kuantum Monte Carlo metodu ve yoğunluk fonksiyoneli kuramını kullanarak incelenmesi” adlı 113F242 nolu TÜBİTAK 1001 projemizi yine TRUBA kaynaklarını kullanarak tamamladık. Bu projede, daha önce sadece orbital-içi etkileşimleri içeren Anderson Hamiltoniyeni’ne orbitaller-

arası etkileşimleri ekledik ve Hirsch-Fye algoritmasını bu model için tekrar geliştirdik. Bu model ile metaloproteinlerinden hemoglobin molekülünün ve metaloenzimlerden vitamin B12’nin 3 kofaktörü olan CNCbl, metilkobalamin (MeCbl) ve adenosilkobalamin (AdoCbl) moleküllerinin elektronik ve manyetik özelliklerini birleştirilmiş DFT+QMC yöntemi ile inceledik. Ayrıca, metaloproteinler ve metaloenzimler ile benzer moleküler yapıya sahip, organik güneş pillerinde kullanılan Ru-içeren boya moleküllerinin elektronik özelliklerini aynı yöntem ile çalıştık. Hesaplamalarımız, metaloproteinlerin, metaloenzimlerin ve Ru-içeren boya moleküllerinin safsızlık bağıl durumu (IBS) olarak adlandırılan yeni elektronik hallere sahip olduklarını göstermiştir. Ayrıca, IBS’lerin bu moleküllerin çalışmasında önemli rol oynadıklarını bulduk.

Şu anda da araştırma grubumuz ile yürüttüğümüz çalışmalarımız için aktif olarak TRUBA’yı kullanmaktayız. Çalışmalarımız sırasında yaşadığımız teknik sorunlarda her zaman bize destek oldukları için TRUBA ekibine teşekkür ederiz.

www.truba.gov.tr54

Altyapıda Çalışan Uygulama ve Kütüphaneler

Uygulamalar• Abinit

• Amber

• Ansys

• Gaussian09

• Gromacs

• Matlab

• Namd

• Lammps

• Quantum Espresso

• R

• Siesta

• Vasp

Matematik Kütüphaneleri• Mkl

• Acml 4.4

• Acml 5.1

• Fftw

• Blas

• Lapack

• Scalapack

MPI Kütüphaneleri• Open MPI

• Intel MPI

Derleyiciler ve Hata Ayıklama Araçları• Gcc 4.8.5

• Gcc 6.4

• Gcc 7.1

• Parallel Studio 2013 sp1

• Parallel Studio 2018 sp1

- Parallel Studio Cluster Edition 2018 update2

- Intel C++ Compiler 18.0

- Intel Fortran Compiler 18.0

- Intel Distribution for Python

- Intel Math Kernel Library

- Intel Data Analytics Acceleration Library

- Intel Integrated Performance Primitives: Guide | Cryptography

- Intel Threading Building Blocks

- Intel VTune Amplifier

- Intel Advisor

- Intel Inspector

- Intel MPI Library

- Intel Trace Analyzer and Collector

- Intel® Cluster Checker

• Cuda 4.4

• Cuda 5.5

• Cuda 7.5

• Cuda 9.0

55www.truba.gov.tr

Altyapı

Yüksek Performanslı Hesaplama Kaynakları

MERCANLAR

LEVREK-CUDA

LEVREKLER

LEVREKV2

Mercan sunucuları 2011 yılında hizmete girmiştir. Bu ailedeki her bir

sunucu üzerinde 2 x AMD Opteron 6176 işlemci ve 128 Gbyte hata

korumalı bellek bulunmaktadır. Bu ailedeki sunucular birbirlerine, diğer

sunucu ailelerindeki sunuculara ve merkezi dosya sistemine 40 Gb/s QDR

Infiniband arayüzü ile bağlıdır. Küme üzerinde ağırlıklı olarak MPI (Message

Passing Interface) uygulamaları koşturulmaktadır. Bu ailenin teorik toplam

double-precision hesaplama performansı 28.27 Tflops'dur.

Bu hesaplama ailesinde her bir sunucu üzerinde 2 x Intel 2680 V3 işlemci ve 256 Gbyte hata korumalı bellek bulunmaktadır. Her biri 16 adet Nvidia M2090 cuda kartı barındıran, harici 2 adet GPU genişleme kutusundaki cuda kartları 16X PCIe kablosu ile sunuculara ikişerli olarak iliştirilmiştir. Her bir kartta 6 Gbyte ECC DDR5 hata korumalı bellek ve 512 adet cuda çekirdeği bulunmaktadır. Ağırlıklı olarak NAMD uygulaması ile çalışan araştırmacılar bu hesaplama ailesini tercih etmektedir. Bu ailedeki sunucular birbirlerine, diğer sunucu ailelerindeki sunuculara ve merkezi dosya sistemine 40 Gb/s QDR Infiniband arayüzü ile bağlıdır.

Levrek suncuları 2013 yılının başında hizmete girmiştir. Her bir hesaplama

sunucusu üzerinde 2 x Intel E-5 2690 işlemci ve 256 Gbyte hata korumalı

bellek bulunmaktadır. SSingle, mid1, mid2 ve long kuyruklarına gönderilen

işler bu sunucular üzerinde koşmaktadır. Genel olarak MPI (Message

Passing Interface) uygulamaları koşturulmaktadır. Bu ailenin teorik toplam

double-precision hesaplama performansı 41.2 Tflops’dur. Bu ailedeki

sunucular birbirlerine, diğer sunucu ailelerindeki sunuculara ve merkezi

dosya sistemine 40 Gb/s QDR Infiniband arayüzü ile bağlıdır.

2014 yılının sonunda hizmete girmiş bu sunucu ailesindeki suncularda 2 x Intel 2680 V3 işlemci ve 256 Gbyte hata korumalı bellek bulunmaktadır. Bu ailedeki sunucuların toplam teorik performansı 40 Tflops’dur. Bu ailedeki sunucular birbirlerine, diğer sunucu ailelerindeki sunuculara ve merkezi dosya sistemlerine 40Gb/s QDR Infiniband ağı ile bağlıdır.

KULLANIM : YBH

TFLOPs : 28.27 Tflops

ÇEKİRDEK : 3072

CPU SAAT/YIL : 26.910.720

KULLANIM : YBH

TFLOPs : 36.7 Tflops (GPCPU)

ÇEKİRDEK : 384


KULLANIM : YBH


ÇEKİRDEK : 1776


KULLANIM : YBH


ÇEKİRDEK : 1152


SUNUCU SAYISI : 128

BELLEK/Çekirdek : 5 Gbyte

AĞ : 40Gb/s QDR Infiniband

SUNUCU SAYISI : 16



SUNUCU SAYISI : 111



SUNUCU SAYISI : 48

BELLEK/Çekirdek : 10.67 Gbyte


www.truba.gov.tr56

Altyapı


ORKINOS

BARBUN

SARDALYA

BARBUN-CUDA

2016 yılının ortasında hizmete girmiş olan, bu hesaplama kümesi tek bir

SMP sunucudan oluşmaktadır. 16 adet Intel E7-4850 V3 işlemci ve 4Tbyte

hata korumalı bellek bulunmaktadır. Sistemin toplam teorik performansı

7.4 TFlops’dur. İlgili sistem merkezi dosya sistemlerine 100 Gb/s EDR

Infiniband ağı ile bağlıdır.

2018 yılının başında hizmete girmiş bu sunucu ailesindeki sunucularda

2 x Intel Scalable 6148 işlemci ve 384 Gbyte hata korumalı bellek

bulunmaktadır. Bu ailedeki sunucuların toplam teorik performansı 246

Tflops’dur. Bu ailedeki sunucular birbirlerine ve merkezi dosya sistemlerine

100 Gb/s EDR Infiniband ağı ile bağlıdır.

2017 yılının başında hizmete girmiş bu sunucu ailesindeki sunucularda 2 x

Intel E5-2690 V3 işlemci ve 256 Gbyte hata korumalı bellek bulunmaktadır.

Bu kümenin toplam teorik performansı 149 Tflops’dur. Bu ailedeki

sunucular birbirlerine ve merkezi dosya sistemlerine 100 Gb/s EDR

Infiniband ağı ile bağlıdır.

Bu hesaplama ailesinde her bir sunucu üzerinde 2 x Intel Scalable 6148

işlemci ve 384 Gbyte hata korumalı bellek bulunmaktadır. Her bir sunucuda

2 adet Nvidia Tesla P100 GPU kartı bulunmaktadır. Her bir GPU kartında

16 Gbyte hata korumalı bellek bulunmaktadır. Bu ailedeki sunucular

birbirlerine ve merkezi dosya sistemine 100 Gb/s EDR Infiniband arayüzü

ile bağlıdır.

KULLANIM : YBH

TFLOPs : 7.4 Tflops

ÇEKİRDEK : 224


KULLANIM : YBH

TFLOPs : 246 Tflops

ÇEKİRDEK : 4800


KULLANIM : YBH

TFLOPs : 149 Tflops

ÇEKİRDEK : 3584


KULLANIM : YBH

TFLOPs : 451 Tflops (GPCPU)

ÇEKİRDEK : 960


SUNUCU SAYISI : 1

BELLEK : 4 Tbyte

AĞ :100 Gb/s EDR Infiniband

SUNUCU SAYISI :120


AĞ : 100 Gbit EDR Infiniband

SUNUCU SAYISI : 120


AĞ : 100 Gb/s EDR Infiniband

SUNUCU SAYISI : 24

GPU : 48 P100



57www.truba.gov.tr

Altyapı


AKYA-CUDA

TR-10-ULAKBİM

TR-03-METU

TR-FC1-ULAKBİM

Bu hesaplama ailesinde her bir sunucu üzerinde 2 x Intel Scalable 6148

işlemci ve 384 Gbyte hata korumalı bellek bulunmaktadır. Her bir sunucuda

4 adet Nvidia Tesla P100 GPU kartı bulunmaktadır. Her bir GPU kartında


birbirlerine ve merkezi dosya sistemine 100 Gb/s EDR Infiniband arayüzü

ile bağlıdır.

CERN’de gerçekleştirilen yüksek enerji fiziği deneylerinden biri olan ATLAS

deneyi ile ilgili hesaplamaların yapıldığı grid sitelerinden biri olarak hizmet

veren bu kümede her biri 4 adet Opteron 6174 işlemci ve 128 Gbyte hata

korumalı belleğe sahip sunucular yer almaktadır.

CERN’de gerçekleştirilen yüksek enerji fiziği deneylerinden biri olan

CMS deneyi ile ilgili hesaplamaların yapıldığı grid sitelerinden biri olarak

hizmet vermekte olan bu kümede her biri 2 adet Opteron 6176 işlemci

ve 128 Gbyte hata korumalı belleğe sahip sunucular yer almaktadır. CMS

haricinde BELLE-II, BIOMED ve SEE sanal organizasyonlarına da desteği

bulunmaktadır.

Bu ailedeki her bir sunucu üzerinde 2 x AMD Opteron 6176 işlemci ve


birbirlerine 40 Gb/s QDR Infiniband arayüzü ile bağlıdır. İlgili küme federe

bulut altyapısına dâhil olup, fedcloud.egi.eu ve bils sanal organizasyonlarına

destek vermektedir.

KULLANIM : YBH

TFLOPs : 700 Tflops (GPCPU)

ÇEKİRDEK : 960


KULLANIM : ATLAS

TFLOPs : 5.4 Tflops

ÇEKİRDEK : 624

CPU SAAT/YIL : 5.466.240 SUNUCU

KULLANIM : CMS

TFLOPs : 7 Tflops

ÇEKİRDEK : 768


KULLANIM : FedCloud

TFLOPs : 6.6 Tflops

ÇEKİRDEK : 720


SUNUCU SAYISI : 24

GPU : 96 V100



SAYISI : 13


AĞ : 1 Gb/s Ethernet

SUNUCU SAYISI : 32


AĞ : 1 Gb/s Ethernet

SUNUCU SAYISI : 30



www.truba.gov.tr58

Altyapı

TR-Grid Sertifika Otoritesi

Ülkemiz araştırmacılarının, hem TRUBA kaynaklarında yetkilendirilmesi hem de yer aldığımız Avrupa Birliği Çerçeve Programları projelerine dâhil olan araştırma altyapılarında yetkilendirilebilmesi için TÜBİTAK ULAKBİM, 2005 yılından itibaren EUGridPMA(European Grid Policy Management Authorities)oluşumu içerisinde “TR-Grid CA(Certification Authority)” olarak yer almaktadır.

TRUBA Operasyon Merkezi tarafından talep eden araştırmacılarımıza, kişisel bir sertifika sağlanmaktadır. Bu sertifika, uluslararası sanal organizasyonlara/deneylere üye olmak ve deneylerde yetkilendirilmek için kullanılabilmekte, ayrıca ilgili deneyler için ayrılmış olan uluslararası hesaplama ve veri depolama kaynaklarının kullanımına da olanak sağlamaktadır.

59www.truba.gov.tr

Altyapı

Yüksek Enerji Fiziği Çalışmaları

Ülkemizin CERN ile ilişkisi 1961 yılında ve ilk defa Türkiye’ye tanınan gözlemci statüsü ile başlamıştır. Bu tarihten itibaren bireysel çabalarla başlatılan bilimsel çalışmalar daha sonra Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) ve Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) tarafından münavebeli olarak sağlanan mali destekler ile bir ölçüde kurumsal bir duruma gelmiştir. Bu kurum ile yarım yüzyıldır sürmekte olan ilişkilerimiz, parçacık fiziğinin ülkemizdeki gelişimine katkıda bulunmuştur.

Ülkemizde CERN ile ilişkili olarak yürütülen bilimsel faaliyetler büyük ölçüde TÜBİTAK tarafından koordine edilmiş ve desteklenmiştir. Ancak 2006 yılında Başbakanlıkça yapılan görevlendirme ile TAEK, CERN ile ilgili ülkemizde yürütülen faaliyetleri koordine etmek, bilimsel faaliyetlere katılmak, ülkemizde yürütülen çalışmalara mali destek sağlamak ve CERN çalışmalarında ülkemizi temsil etmek üzere görevlendirilmiştir.

Ülkemiz ile CERN arasındaki ilişkinin çerçevesini belirleyen TAEK-CERN İşbirliği Anlaşması 14 Nisan 2008 tarihinde Cenevre’de imzalanmıştır. 2005 yılından itibaren dâhil olunan EGEE projeleri kapsamında CERN deneylerinde ortaya çıkan verilerin işlenmesi ve saklanması için TRUBA kaynakları Tier-3 Merkez olarak hizmet etmiştir. 2008 yılında imzalanan işbirliği çerçevesinde, TRUBA kaynakları arasında işletilen iki site CMS ve ATLAS deneyleri için Tier-2 Merkez olarak hizmet vermeye başlamıştır. Hâlen TRUBA kaynakları arasında yer alan Tier-2 merkezler hizmetlerini sürdürmektedir.

13 Aralık 2012 tarihinde başlayan CERN’e ortak üyelik müzakerelerinde Tier-2 merkezlerin performansı da

değerlendirmelerde yer almıştır. Müzakere süreci sonucunda 12 Mayıs 2014 tarihinde Ortak Üyelik Anlaşması CERN’de düzenlenen törenle imzalanmıştır. CERN Ortak Üyelik Anlaşması, TAEK’in de temsil edildiği TBMM’nin 22.01.2015 tarihli Genel Kurulunda oy birliği ile uygun bulunmuştur.

Tier-2 merkezler dışında EGI altyapısına dâhil olan grid sitelerinde Belle-II deneyine destek verilmektedir.

www.truba.gov.tr60

Gelişen teknolojinin takibi ile büyüyen ve

güncellenen kaynaklar TRUBA’da.

61www.truba.gov.tr

TRUBA’nın en önemli amacı ülkemizin bilimsel alandaki rekabet gücünü

artırmaktır.

T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (Eski Bina)

Mustafa Kemal Mahallesi Dumlupınar Bulvarı Eskişehir Yolu

2151 Cadde No: 154 Çankaya / ANKARA

Telefon: +90 312 298 93 63-65-66-73

Fax: +90 312 266 51 81

TÜBİTAK ULAKBİM

türk ulusal bilim e-altyapısı t.c. cumhurbaşkanlığı ... · bu çalışmalardan birisi de,...

Documents