Sci - nature wiki

محاكاة تفاعلات المادة الخفيفة على أسرع كمبيوتر عملاق في العالم – ScienceDaily

0

تشكل تفاعلات المادة الضوئية أساسًا للعديد من التقنيات المهمة ، بما في ذلك الليزر ، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) ، والساعات الذرية. ومع ذلك ، فإن الأساليب الحسابية المعتادة لنمذجة مثل هذه التفاعلات لها فائدة وقدرة محدودة. الآن ، طور باحثون من اليابان تقنية تتغلب على هذه القيود.

في دراسة نشرت هذا الشهر في ال المجلة الدولية لتطبيقات الحوسبة عالية الأداء، فريق بحثي بقيادة جامعة تسوكوبا يصف طريقة عالية الكفاءة لمحاكاة تفاعلات المادة الضوئية على المستوى الذري.

ما الذي يجعل محاكاة هذه التفاعلات صعبة للغاية؟ أحد الأسباب هو أن الظواهر المرتبطة بالتفاعلات تشمل العديد من مجالات الفيزياء ، بما في ذلك انتشار موجات الضوء وديناميكيات الإلكترونات والأيونات في المادة. سبب آخر هو أن مثل هذه الظواهر يمكن أن تغطي مجموعة واسعة من مقاييس الطول والوقت.

نظرًا لطبيعة المشكلة متعددة الفيزياء والنطاقات ، يتم نموذج تفاعلات المادة الخفيفة عادةً باستخدام طريقتين حسابيتين منفصلتين. الأول هو التحليل الكهرومغناطيسي ، حيث يتم دراسة المجالات الكهرومغناطيسية للضوء ؛ والثاني هو حساب ميكانيكي الكم للخصائص البصرية للمادة. لكن هذه الطرق تفترض أن المجالات الكهرومغناطيسية ضعيفة وأن هناك فرقًا في مقياس الطول.

يقول البروفيسور كازوهيرو يابانا ، كبير مؤلفي الدراسة: “يوفر نهجنا طريقة موحدة ومحسنة لمحاكاة تفاعلات المادة الخفيفة”. “نحقق هذا العمل الفذ من خلال حل ثلاث معادلات فيزيائية رئيسية في وقت واحد: معادلة ماكسويل للمجالات الكهرومغناطيسية ، ومعادلة كوهن شام التي تعتمد على الوقت للإلكترونات ، ومعادلة نيوتن للأيونات.”

طبق الباحثون هذه الطريقة في برنامجهم الداخلي SALMON (Scalable Ab initio Light-Matter simulator for Optics and Nanoscience) ، وقاموا بتحسين رمز الكمبيوتر المحاكي تمامًا لزيادة أدائه. ثم اختبروا الكود عن طريق نمذجة تفاعلات المادة الخفيفة في غشاء رقيق من ثاني أكسيد السيليكون غير المتبلور ، يتكون من أكثر من 10000 ذرة. تم إجراء هذه المحاكاة باستخدام ما يقرب من 28000 عقدة من أسرع كمبيوتر فائق السرعة في العالم ، Fugaku ، في مركز RIKEN للعلوم الحاسوبية في كوبي ، اليابان.

يقول البروفيسور يابانا: “وجدنا أن الكود الخاص بنا فعال للغاية ، حيث حقق هدف ثانية واحدة لكل خطوة زمنية من الحساب المطلوب للتطبيقات العملية”. “الأداء قريب من الحد الأقصى لقيمة ممكنة ، التي تم تحديدها من خلال عرض النطاق الترددي لذاكرة الكمبيوتر ، والرمز له الخاصية المرغوبة المتمثلة في قابلية التوسع الضعيفة الممتازة.”

على الرغم من أن الفريق قام بمحاكاة تفاعلات المادة الضوئية في فيلم رقيق في هذا العمل ، إلا أنه يمكن استخدام نهجهم لاستكشاف العديد من الظواهر في البصريات النانوية والضوئيات.

مصدر القصة:

المواد المقدمة من جامعة تسوكوبا. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.

Leave A Reply

Your email address will not be published.