ИСТИНА

Объектом исследования являются методы молекулярного моделирования, и их применение в области моделирования процесса напыления оптических нанопокрытий с учетом технологии параллельных вычислений. Цель работы – разработка ЭО КПС суперкомпьютерного моделирования новых материалов с заданными оптоэлектронными свойствами и создания новых материалов для инновационных технологий с использованием технологий распределенных вычислений.

В ходе выполнения данного проекта были проведены теоретические исследования алгоритмов суперкомпьютерного моделировании, которые могут быть использованы для моделирования процесса напыления тонких пленок, получаемых путем ионно-лучевого распыления тугоплавких окислов. На основе теоретических исследований были выбраны алгоритмы молекулярного моделирования, позволяющие учитывать временные и пространственные характеристики процесса напыления. По разработанным прототипам технических решений был создан ЭО КПС суперкомпьютерного моделирования процессов напыления оптических покрытий с нанотолщинными слоями. При разработке ЭО КПС был предложен оригинальный подход к моделированию процесса напыления, заключающийся в многоступенчатой процедуре введения и релаксации атомов в области напыления. Такой подход обеспечивает необходимый стехиометрический состав пленки, а также, путем периодической релаксации уже напыленных слоев, позволяет избежать образования наномасштабных дефектов структуры, влияющих на оптические свойства. При расчете макроскопических оптических характеристик учитываются неоднородности слоев, а также наличие смешанных слоев между напыленными слоями разных материалов, что в свою очередь позволяет более точно воспроизводить оптические характеристики напыленных покрытий. Применение технологий параллельных вычислений при разработке ЭО КПС позволило добиться высокой эффективности работы программ на вычислителях экзафлопсного уровня производительности, а, следовательно, дало возможность моделировать процессы напыления в системе содержащей более 106 частиц. Проведенные экспериментальные исследования показали, что разработанный ЭО КПС позволяет моделировать процесс напыления многослойных оптических покрытий (до 20 слоев) с толщиной каждого слоя в диапазоне 1-10 нм за время значительно меньшее 72 часов на 512 ядрах, а также рассчитывать оптические характеристики покрытий в диапазоне длин волн 400 – 1000 нм.