AtlAS: Doseganje daljših časovnih in dolžinskih skal v atomističnih simulacijah
Oznaka in naziv projekta
J1-50218 AtlAS: Doseganje daljših časovnih in dolžinskih skal v atomističnih simulacijah
J1-50218 AtlAS: Accessing longer time and length scales in atomistic simulations
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Matic Poberžnik
Sodelujoči sodelavci na K3: prof. dr. Anton Kokalj, dr. Lea Gašparič, dr. Brajesh Rajesh Bhagat, Ivana Podlipnik
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
V okviru projekta AtlAS razvijamo programsko ogrodje za izvajanje simulacij na daljših časovnih in dolžinskih skalah. Osredotočamo se predvsem na razvoj programskega ogrodja za izvajanje sprotnih simulacij kinetični Monte Carlo (kMC). Pri tej metodi časovna evolucija sistema poteka s prehodom med različnimi stanji, pri čemer so verjetnosti posameznih prehodov določene s pomočjo teorije prehodnega stanja. Razlika med klasičnimi in sprotnimi kMC simulacijami je, da so pri klasičnih simulacijah vsa mogoča stanja in verjetnosti prehoda med njimi predpisana pred začetkom simulacije, medtem ko se pri sprotnih simulacijah seznam dogodkov posodablja med samo simulacijo. Za izvajanje sprotnih simulacij je torej potreben algoritem, ki lahko razišče ploskev potencialne energije iz nepoznane konfiguracije in določi možne prehode iz te konfiguracije ter njihove verjetnosti. Hkrati pa je potreben tudi algoritem, ki prepozna če trenutna konfiguracija že poznana, in če gre za nove konfiguracije sproži iskanje novih prehodov. V okviru združujemo in razvijamo novo implementacijo tehnike aktivacije in relaksacije (pARTn), z algoritmom za prepoznavanje struktur preko iterativnih rotacij in določitev (IRA), ki bosta vključena v novo računalniško ogrodje za izvajanje simulacij kMC. Kot testni sistem za razvite implementacije smo izbrali oksidacijo površin aluminija.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
Projekt je razdeljen v štiri delovne pakete (DP), ki potekajo sočasno. V DP1 poteka razvoj vtičnika ARTn, DP2 je namenjen razvoju računalniškega ogrodja za izvajanje simulacij kMC, DP3 je namenjen simulacijam oksidacije aluminijevih površin, medtem ko je DP4 namenjen vodenju in diseminaciji rezultatov. Spodaj je na kratek povzetek nalog opravljenih v okviru posameznih delovnih paketov
DP1
Eden od projektnih ciljev je bil razširjenje vtičnika ARTn za uporabo z drugimi programi za izračun energije in sil. S tem namenom smo vključili novo funkcijo, ki omogoča, da vtičnik vrne le premik, ki je zahtevan v določeni fazi ARTn algoritma. S pomočjo te funkcije smo vtičnik vključili v SIESTO in VASP, dva programa, ki sta široko v uporabi na področju modeliranja elektronske strukture materialov. Poleg tega smo se posvetili tudi analizi generacije začetnih premikov, s poudarkom na tem ali je bolje če so ti premiki bolje vzorčijo prostor kadar so popolnoma naključno ustvarjeni ali je bolje če za generacijo premikov uporabimo maksimalno oddaljene točke na N-dimenzionalni hipersferi. Izkazalo se je, da je slednji pristop dober kadar je dimenzionalnost začetnega premika majhna, z večanjem števila prostostnih stopenj pa oba pristopa postaneta podobno učinkovita. Dodali smo tudi python vmesnik za vtičnik ARTn, kar omogoča lažjo vključitev njegove funkcionalnosti v delovne tokove.
DP2
V okviru tega delovnega paketa je v intenzivnem razvoju ogrodje za izvajanje kMC simulacij. Koda zaenkrat še ni javno dostopna, vendar že omogoča simulacije s klasišnim kMC katalogom. Začeli smo z delom na vključevanju vtičnika ARTn in IRA. Ogrodje je osnovano v modernem objektno orientiranem FORTRANU, na modularen način, kar omogoča relativno preprosto razširitev funkcionalnosti.
DP3
Začeli smo s simulacijami tvorbe otokov kisika na aluminijevi (111) površini. V prvi fazi smo se osredotočili na izračun pregrad za difuzijo kisika s pomočjo vtičnika ARTn. Pregrade smo izračunali v prisotnosti in odsotnosti drugih kisikovih atomov na površini, s poudarkom na tem kako sosednji kisikovi atomi vplivajo na pregrado. S pridobljenimi podatki smo ustvarili katalog dogodkov, ki so mogoči v tej fazi, ter ga uporabili za klasično kMC simulacijo s pomočjo računalniškega ogrodja, ki se razvija v DP2. Te simulacije bodo služile kot osnova za primerjavo s sprotnimi kMC simulacijami ko bodo vse komponente vključene v kMC ogrodje.
DP4
V okviru tega delovnega paketa skrbimo za diseminacijo rezultatov in vodenje projekta. Sodelujoči so vključeni v namenske slack kanale, kjer potekajo komunikacije med vsemi udeleženimi. V kratkem bo izdana nova verzija vtičnika ARTn, ki jo bomo oglaševali na družbenih omrežjih in forumih uporabnikov kompatibilne programske opreme.