Фазовые явления и уравнения состояния металлического водорода при высоком давлении и температуреНИР

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Фазовые явления и уравнения состояния металлического водорода при высоком давлении и температуре
Результаты этапа: Основная цель работы – создание эффективных вычислительных методов, производящих Монте-Карло моделирование квантовых систем со многими степенями свободы, и исследование с его помощью актуальных задач физики сверхплотного состояния легких элементов, в первую очередь водорода. Важность таких исследований продиктована необходимостью в получении детальных характеристик уравнений состояния сверхплотного водорода, которые требуются для описания процессов, протекающих в коре нейтронных звезд, ядрах крупных планет и т.д. Такие исследования важны также для проектирования наземных экспериментов по созданию сверхплотного состояния водорода для решения актуальных задач водородной энергетики будущего. В современной физике конденсированного состояния вещества важнейшее место занимают методы численного моделирования. Вычисление интеграла по траекториям методом Монте-Карло (PIMC) – достаточно простой и в то же время эффективный способ симуляции систем, исходя из основных принципов квантовой механики. Однако высокая производительность может быть получена только при тщательном подборе алгоритмов и их параметров. В частности, многоуровневый алгоритм позволяет радикально увеличить производительность и решить проблему автокорреляций. В результате становится возможным точное описание систем и их корректное описание вблизи фазовых переходов. С вычислительной точки зрения важнейшим достоинством метода PIMC является простота распараллеливания задачи. Для получения ответа необходим набор большой статистики, которая может набираться одновременно на разных вычислительных узлах. Вблизи фазового перехода можно существенно повысить эффективность, введя взаимодействие этих узлов. На низком уровне для систем многих частиц и при применении многоуровневого алгоритма метод PIMC также удобен для распараллеливания. На этом уровне удобно и выгодно использовать технологию CUDA, так как требуется производить большой объём простых вычислений с общими данными. В 2014 году были проведены работы по разработке методов монте-карло моделирования, написанию и отладке программных кодов, проведения масштабных параллельных вычислений исследуемой системы, анализу полученных результатов. Были получены уникальные сведенью о фазовой картине перехода из металлического кристаллического состояния в металлическое жидкое состояние в сверхплотном водороде. Физические условия для такого перехода достигаются в коре нейтронных звезд. Также были исследованы характеристики уравнений состояния вещества в жидкой фазе для изотермического и адиабатического процессов. По результатам проведенных исследований была опубликованы научная работа [1] и препринт [2]. Результату работы докладывались на семинаре "Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности". [ 1] А. А. Новосёлов, О. В. Павловский, М. В. Улыбышев "Монте-Карло моделирование металлического водорода: фазовый переход и уравнение состояния." Вестник МГУ. Физика. Астрономия (2014) № 1 [ 2] Alexander Novoselov, Oleg Pavlovsky, Maxim Ulybyshev “PIMC Simulations of Metal Hydrogen: Phase Transition and Equation of State” arXiv:1304.2548
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Фазовые явления и уравнения состояния металлического водорода при высоком давлении и температуре
Результаты этапа: В 2015 году в рамках предложенной темы проводились исследования в области создания компьютерных алгоритмов моделирования релятивистских квантовых систем многих тел методами квантового Монте-Карло интегрирования континуальных интегралов. На основе разработанных алгоритмов был создан и протестирован на модельных задачах пакет программ для параллельных вычислительных комплексов, позволяющий исследовать релятивистские квантовые системы, содержащие сотни квантовых степеней свободы. По результатам проведенного исследования была создана статья: А.A. Ivanov, A.A. Novoselov, O.V. Pavlovsky "Relativistic Path Integral Monte-Carlo: Relativistic Oscillator problem" и направлена в журнал IJMP C.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".