Паспорт проекта

Название проекта

Лаборатория "Моделирования и разработки новых материалов"

Лаборатория  создана  в НИТУ "МИСиС"  в рамках мега-гранта Правительства РФ. Постановление № 220

Название проекта: Современная физика материалов: новый инструмент ускоренного проектирования материалов в 3-ем тысячелетии (AMD3d)

Руководители проекта

Профессордоктор физико-математических наук  Абрикосов Игорь Анатольевич Линчёпингский университет, Швеция

Цели проекта

Основная цель данного проекта заключается в разработке следующего поколения теоретических методов на самом фундаментальном уровне квантовой физики с достаточной предсказательной силой для разработки материалов на основе знаний о них; исследовании и определении, с помощью самого современного компьютерного моделирования, новых материалов и явлений с высоким стратегическим потенциалом для будущих технологических применений, а также для экспериментальной проверки теоретических предсказаний.

Задачи проекта

В рамках проекта AMD3d развиваются физические принципы ускоренного проектирования материалов, которые позволят значительно снизить количество приближений в теоретических расчетах, в явном виде рассматривая условия, в которых материалы работают в компьютерном моделировании, а также стимулировать непосредственное взаимодействие между теорией и экспериментом.

            Наша основная задача заключается в значительном сокращении времени, которое требуется для того, чтобы открыть современные материалы и доказать их полезность для коммерческого рынка. Наша долгосрочная цель заключается в изменении эмпирической парадигмы разработки материалов, доминирующей в истории человечества в течение нескольких тысяч лет, и дать материаловедению 3-го тысячелетия действительно мощный инструмент для ускоренного проектирования материалов. Для достижения этих целей мы построили и развиваем в Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС» междисциплинарную Лабораторию моделирования и разработки материалов.

            Наши конкретные задачи включают в себя: (I) развитии эффективных и надежных методов для перво-принципного моделирования, которые явным образом учитывают влияние колебаний решетки и магнитных возбуждений; (II) обобщение теоретических методов, разработанных для моделирования фазовой стабильности объёмных материалов на наносистемы; (III) применения новых методов решения задачи многих тел к реалистичным материалам, представляющих интерес с точки зрения их фундаментальных свойств и технологически важных.  Материалы и явления, которые будут рассматриваться, включают (I) трубные и корабельные стали, (II), циркониевые и титановые сплавы для применений в атомной энергетике, а также в аэрокосмической и медицинской промышленности, (III) нанокомпозиты для применений в твердых покрытиях, (IV) полупроводниковые сплавы для диссоциации воды с применением солнечной энергии, (V) синтез тонких пленок, нанокластеров и квазикристаллов, (VI) температурно-индуцированные фазовые переходов и (VII) физика высоких давлений. 

Уникальность проекта

Уникальность проекта обуславливают следующие факторы:

-высокая степень взаимодействия эксперимента и теории в рамках проводимых в лаборатории научных проектов;

-широкий круг научных контактов по всему миру;

-применение и разработка доступ к новейшим теоретическим инструментам;

-прямой доступ к мощному вычислительному оборудованию;

-концепция ускоренного проектирования материалов в 3-ем тысячелетии (AMD3d).

Актуальность проекта

С разрабатываемыми нами новыми физическими методами ускоренной разработки материалов станет возможным проводить моделирование материалов при реалистичных внешних условиях, например, в технологически важной области температур или напряжений. Это позволит существенно повысить надежность предсказанных параметров материалов. Численное моделирование с экспериментальной (или более высокой) точностью изменит подход к разработке новых материалов.

            Материалы, которые будут обнаружены, должны иметь высокий стратегический потенциал, а также потенциал для коммерциализации, включая циркониевые сплавы для применений в атомной энергетике, сплавы на основе титана для применений в медицинской и авиационно-космической промышленности, многокомпонентные наноструктурные покрытия высокой твердости, сплавы на основе WO3 для диссоциации воды с помощью солнечной энергии. С помощью компьютерного эксперимента мы создадим базы данных тех параметров материалов, которые сложно, дорого или невозможно получить в физических экспериментах, и сделаем их доступными для материаловедов и инженеров, что позволит проводить удобный анализ данных (обнаружение знаний в базах данных) и высокоэффективную разработку материалов.

New physical methods of accelerated materials development will enable to model materials in realistic medium, for example, in technologically important range of temperature or pressure. It will provide for substantially higher reliability of forecast parameters of materials. Computational simulation with experimental and much high accuracy will change the approach to new materials development. The obtained materials shall have high strategic potential as well as commercialization potential, including zirconia for nuclear power engineering application, titanium-based alloys for airspace industry and medicine, nano composites for hard coatings, WO3-based alloys for water dissociation with solar energy. Computer simulation will result in creating data base of such materials parameters, which are difficult, expensive or impossible to obtain in physical experiments. We will make them available to material engineers for easy access in data bases and more efficient new materials development.

Оборудование

Вычислительный кластер (ВК) НИТУ «МИСИС» «Cherry» предназначен для решения сложных научно-технических задач.

Пиковая производительность: 33 Tflops
Производительность на тесте Linpack на 100 вычислительных узлах: 28 Tflops

Программные и аппаратные средства ВК Cherry позволяют решать одну задачу с использованием всего вычислительного ресурса, а также разделять решающее поле на части требуемого размера и предоставлять их нескольким пользователям.

Общая структура «Cherry»

В состав технических средств «Cherry» входят:

  • решающее поле из 102 вычислительных модулей (1632 процессорных ядра, 4 GPU);
  • управляющий узел и узел доступа на базе двух процессоров Intel Xeon E5-2650;
  • коммуникационную и транспортную сеть на базе FDR Infiniband;
  • сеть мониторинга и управления заданиями на базе Gigabit Ethernet;
  • параллельная отказоустойчивая файловая система на базе открытого пакета Lustre объемом 96 Тбайт;

Вычислительный модуль

Вычислительные модули «Cherry» построены на основе серверов HP Sl230.

  • 56 узлов 2xXeon E5-2670, частота процессора 2.6 GHz, оперативная память 32 GB RAM;
  • 8 узлов 2xXeon E5-2670, частота процессора 2.6 GHz, оперативная память 128 GB RAM;
  • 32 узла 2xXeon E5-2650v2, частота процессора 2.6 GHz, оперативная память 32 GB RAM;
  • 4 узла 2xXeon E5-2650v2, частота процессора 2.6 GHz, оперативная память 128 GB RAM;
  • 2 узла 2xXeon E5-2670, частота процессора 2.6 GHz, оперативная память 32 GB RAM, 2 графических ускорителя Tesla K20

Мероприятия научного коллектива

В рамках первого этапа проекта 1-2 декабря 2014 года была организована Международная Конференция "Теория для Ускоренной Разработки Материалов: Новый Инструмент в Материаловедении" (“Theory for Accelerated Materials Design: New Tool for Materials Science”).

В рамках второго этапа ведётся организация международного симпозиума и семинара “Теория электронной структуры для ускоренной разработки конструкционных материалов” (“Electronic Structure Theory for the Accelerated Design of Structural Materials”).

В лаборатории регулярно проводятся научные семинары на широкий круг тем. (http://mmdl.misis.ru/seminars/)

Партнёрство и сотрудничество

Лаборатория моделирования и разработки новых материалов сотрудничает со следующими научными организациями:

Инофрмация о проекте, новости и регулярные обновления доступны на сайте лаборатории http://mmdl.misis.ru/

Научные результаты выполнения проекта в области теоретической и вычислительной физики, вычислительного материаловедения регулярно публикуются в научных изданиях и докладываются на семинарах и конференциях.

Список публикаций содержит, но не ограничивается следующими статьями в ведущих отечественных и зарубежных научных изданиях:

  1. Ponomareva, A. V., Gornostyrev, Y. N. & Abrikosov, I. A. Ab initio calculation of the solution enthalpies of substitutional and interstitial impurities in paramagnetic fcc Fe. // Phys. Rev. B 90, 014439 (2014).
  2. Pourovskii, L. V., Mravlje, J., Ferrero, M., Parcollet, O. & Abrikosov, I. A. Impact of electronic correlations on the equation of state and transport in ε-Fe. // Phys. Rev. B 90, 155120 (2014).
  3. Tal, A. A. et al. Molecular dynamics simulation of the growth of Cu nanoclusters from Cu ions in a plasma. // Phys. Rev. B 90, 165421 (2014).
  4. Ivady, V., Simon, T., Maze, J. R., Abrikosov, I. A. & Gali, A. Pressure and temperature dependence of the zero-field splitting in the ground state of NV centers in diamond: A first-principles study. // Phys. Rev. B 90, 235205 (2014).
  5. Lin H., Pilemalm R., Rogstrom L.,Tasnadi F., Ghafoor N., Forsen R.,Johnson L. J. S., Johansson-Joesaar M. P.,Oden M. , and Abrikosov I. A. High temperature phase decomposition in TixZryAlzN. // AIP Adv. 4, 127147 (2014).
  6. Abrikosov, I. A. et al. Theoretical description of pressure-induced phase transitions: a case study of Ti–V alloys. // High Press. Res. 1–7 (2015).
  7. Пономарева, А. В., Горностырев, Ю. В. & Абрикосов, И. А. Энергия взаимодействия примесей углерода в парамагнитном γ-железе. // ЖЭТФ 147, готова к публикации (2015).
  8. Lugovskoy, A. V., Belov, M. P., Krasilnikov, O. M. & Vekilov, Y. K. Stability of the hcp Ruthenium at high pressures from first principles. // J. Appl. Phys. 116, 103507 (2014).
  9. Kuptsov, K. A., Kiryukhantsev-Korneev, P. V., Sheveyko, A. N. & Shtansky, D. V. Structural transformations in TiAlSiCN coatings in the temperature range 900–1600°C. // Acta Mater. 83, 408–418 (2015).
  10. Dmitriev, A. I., Ponomareva, A. V., Nikonov, A. Y., Abrikosov, I. A. & Barannikova, S. A. First-principles Modeling of Materials for Nuclear Energy Applications. // AIP Conf. Proc. 1623, 131 (2014).
  11. Belov, M. P., Syzdykova, A. B., Vekilov, Y. K. & Abrikosov, I. A.Hydrogen in palladium: Anharmonicity of lattice dynamics from first principles. // Phys. Solid State 57, 260–265 (2015).

Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика