Масштабируемость квантово-химических расчетов кристаллических материалов на суперкомпьютере «Торнадо ЮУрГУ»
Автор: Юшина Ирина Дмитриевна, Матвейчук Юрий Васильевич, Барташевич Екатерина Владимировна
Статья в выпуске: 3 т.11, 2022 года.
Бесплатный доступ
В работе обсуждаются рекомендации по рациональному использованию вычислительных ресурсов суперкомпьютера "Торнадо ЮУрГУ" для решения квантовохимических расчетных задач c учетом периодических граничных условий в программе CRYSTAL17. Решение таких задач необходимо для моделирования структуры и свойств кристаллов и, углеродных материалов. Проанализированы данные о временных характеристиках квантовохимических расчетов материалов различного состава и структуры, как для простых систем, таких, как трехмерный силицированный графит, так и для двумерных поверхностей углеродных материалов с диглицидиловым эфиром бисфенола A в роли сорбированной молекулы. Определены различия в масштабируемости расчетов в зависимости от их типа, размера периодически повторяющегося фрагмента структуры (элементарной ячейки), ее симметрии и входных параметров многоэлектронной системы, моделируемой на основе теории функционала электронной плотности в различных приближениях. Установлены рекомендуемые оптимальные параметры для различных типов химических и материаловедческих задач, решаемых в целях разработки цифровых двойников материалов. Обнаружено, что для относительно больших систем критическим является существенное увеличение требующегося объема временных файлов с увеличением числа используемых узлов, что приводит к неоптимальному режиму расчетов и возможному сбою. Показано, что масштабируемость расчетов колебательных характеристик кристаллов существенно ниже, чем для расчетов, направленных на поиск наиболее энергетически выгодной структуры кристалла, независимо от числа атомов в элементарной ячейке вычисляемой структуры.
Цифровой двойник материалов, квантово-химические расчеты, функциональные материалы, оптимизация вычислений, масштабируемость
Короткий адрес: https://sciup.org/147238352
IDR: 147238352 | DOI: 10.14529/cmse220304
Список литературы Масштабируемость квантово-химических расчетов кристаллических материалов на суперкомпьютере «Торнадо ЮУрГУ»
- Xiang F., Zhang Z., Zuo Y., Tao F. Digital Twin Driven Green Material Optimal-Selection towards Sustainable Manufacturing // Procedia CIRP. 2019. Vol. 81, no. 1. P. 1290-1294.
- Noel Y., D'Arco P., Demichelis R., et al. On the use of symmetry in the ab initio quantum mechanical simulation of nanotubes and related materials // Journal of Computational Chemistry. 2010. Vol. 31, no. 4. P. 855-862.
- Civalleri B., D'Arco P., Orlando R., et al. Hartree-Fock geometry optimisation of periodic systems with the CRYSTAL code // Chemical Physics Letters. 2001. Vol. 348, no. 1. P. 131-138.
- Dovesi R., Pascale F., Civalleri B., et al. The CRYSTAL code, 1976-2020 and beyond, a long story // Journal of Chemical Physics. 2020. Vol. 152, no. 1. P. 204111.
- Бандура A., Эварестов Р. Неэмпирические расчеты кристаллов в атомном базисе с использованием интернет-сайтов и параллельных вычислений. Санкт-Петербург: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2004. 228 с.
- Pascale F., Zicovich-Wilson C., Gejo F.L., et al. The calculation of vibrational frequencies of crystalline compounds and its implementation in the CRYSTAL code // Chemical Physics Letters. 2004. Vol. 25, no. 6. P. 888-897.
- Lohse M.S., Bein T. Covalent Organic Frameworks: Structures, Synthesis, and Applications // Advanced Functional Materials. 2018. Vol. 28, no. 33. P. 1705553.
- Биленко Р., Долганина Н., Иванова Е., Рекачинский А. Высокопроизводительные вы числительные ресурсы Южно-Уральского государственного университета // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2022. Т. 11, № 1. C. 15-30.
