Warning: A skin using autodiscovery mechanism, boinc_poland, was found in your skins/ directory. The mechanism will be removed in MediaWiki 1.25 and the skin will no longer be recognized. See https://www.mediawiki.org/wiki/Manual:Skin_autodiscovery for information how to fix this. [Called from Skin::getSkinNames in /data/www/www.boincatpoland.org/htdocs/wiki/includes/Skin.php at line 74] in /data/www/www.boincatpoland.org/htdocs/wiki/includes/debug/Debug.php on line 303

Warning: A skin using autodiscovery mechanism, fratman_enhanced, was found in your skins/ directory. The mechanism will be removed in MediaWiki 1.25 and the skin will no longer be recognized. See https://www.mediawiki.org/wiki/Manual:Skin_autodiscovery for information how to fix this. [Called from Skin::getSkinNames in /data/www/www.boincatpoland.org/htdocs/wiki/includes/Skin.php at line 74] in /data/www/www.boincatpoland.org/htdocs/wiki/includes/debug/Debug.php on line 303

Strict Standards: Declaration of Skinboinc_poland::initPage() should be compatible with Skin::initPage(OutputPage $out) in /data/www/www.boincatpoland.org/htdocs/wiki/skins/boinc_poland.php on line 5
EOn – Wiki B@P Wspieramy naukę

EOn

Z Wiki B@P

O projekcie

Częstym problemem w chemii teoretycznej, fizyce ciał gęstych i naukach dotyczących materiałów są obliczenia ewolucji w czasie systemów o skali atomowej, gdzie na przykład zachodzą reakcje chemiczne lub dyfuzja. Ogólnie zjawiska te są rzadkie (wiele rzędów wolniejsze niż ruchy wibrujące atomów), dlatego bezpośrednie symulacje, śledzenie każdego ruchu atomów, wymagałoby tysięcy lat obliczeń komputerowych na najszybszym dostępnym dziś sprzęcie nim nawet pojedyncze zdarzenie tego typu mogłoby wystąpić, stąd tez nazwa eon, co oznacza niepewnie długi okres czasu.


Nasz grupa badawcza jest zainteresowana obliczeniami długoterminowej dynamiki systemów. Opracowaliśmy metodę wykorzystującą obliczenia rozproszone w której serwer wysyła małe pakiety danych do obliczeń przez stacje klienckie na przykład przez Internet. Dzięki temu obliczenia zamiast być wykonywane na jednym procesorze, są wykonywane na wielu stacjach klienckich na całym świecie. Po zakończeniu wykonywania obliczeń, każdy klient odsyła wyniki do serwera który sumuje ich wyniki i wysyła kolejne zadania.

Więcej informacji o obliczeniach, nauce i opublikowanych dokumentach można znaleźć na naszej stronie.

Nauka projektu

Dynamika dlugookresowa: eOn i AKMC DFT

Czlonkowie grupy:

Ograniczenia dynamiki molekularnej

Timescale.jpg

Dynamika długookresowa (LTD)odnosi się do dynamicznej symulacji procesów fizycznych i chemicznych a przedziale czasowym znacznie większym niż możliwy do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnej dynamiki molekularnej. Dynamika molekularna symuluje procesy dynamiczne poprzez rozwiązywanie równań Newtonowskich dotyczących ruchu poprzez przybliżenie różnic skończonych. Krok czasowy z reguły jest na poziomie femtosekundy. Dlatego dynamika molekularna może wydajnie symulować zdarzenia tylko przy poziomie pico- lub nanosekund. Jednakże wiele interesujących zdarzeń, takich jak dyfuzje i reakcje chemiczne, może się zdarzyć w przedziale czasowym rzędu milisekund, sekund lub nawet godzin lub dni. Takie zdarzenia sa nazywane "nieczęstymi", "rzadkimi" lub "powolnymi". Oczywiście wymagałoby to olbrzymiej ilości kroków by symulować te zdarzenia przy użyciu dynamiki molekularnej.

Teoria stanu przejściowego


PES.jpg

Powierzchnia energii potencjalnej (PES) jest wielowymiarową powierzchnią na której każdy punkt energii odpowiada możliwej konfiguracji systemu. Istnieją regiony gdzie system spędza większość czasu. Te rejony są przeważnie lokalnymi minimami, lub obszarami niskiej energii odpowiadającymi stabilnym konfiguracjom systemu (np. stabilna cząstka, korzystna struktura absorbatu itd.). W międzyczasie istnieją też regiony które system rzadko odwiedza. Z punktu widzenia dynamiki na powierzchni PES, system zwykle wibruje pomiędzy tymi lokalnymi minimami (lub obszarami nizinnymi), i okazjonalnie skacze z jednego minimum w drugie. Te skoki powinny przyczynić się najbardziej do procesu LTD

Teoria stanu przejściowego (TST) zakłada że system musi przekroczyć pewien stan przejściowy (zwykle wąskie gardło regionu wysokiej energii na powierzchni PES) który system rzadko odwiedza, by przejść z jednego lokalnego minimum do drugiego. TST wykorzystuje estymacje statystyczną tego jak szybko następuje przemieszczenie w jednostkach częstotliwości stałej w zadanej temperaturze. Dla wielu ze stałych systemów, przybliżenie harmoniczne (hTST) może zostać założone dla zarówno minimów jak i stanów przejściowych. Wtedy, hTST może dać najbardziej prawdopodobną ścieżkę przejścia (ścieżka najmniejszej energii lub mechanizm)która łączy dwa lokalne minima poprzez punkt siodłowy. Częstotliwość przejścia może zostać wyliczona z energii i trybów normalnych zarówno lokalnego minimum i punktu siodłowego. Tym sposobem, hTST dostarcza rozwiązanie do symulacji zjawisk rzadkich -- najważniejszej części LTD. W połączeniu z dynamika molekularną zdarzeń częstych, wielokrotność skali LTD może zostać osiągnięta z wystarczającą sprawnością.





Kinetyczne Monte Carlo

Akmc.jpg

W połączeniu z hTST, symulacja Kinetycznego Monte Carlo (KMC) jest bardzo pożyteczna w dynamice długookresowej. Mając stałe częstotliwości wyliczone za pomocą teorii stanu przejściowego, KMC może zbudować tabelę zdarzeń z wszystkimi mechanizmami przejść (dla zdarzeń rzadkich). Zdarzenie może zostać wybrane z rozkładu Boltzmana poprzez wygenerowanie losowego numeru; zdarzenia szybkie mają większe stałe częstotliwości i dlatego istnieje większe prawdopodobieństwo ich wybrania. Konfiguracja systemu zostanie uaktualniona do punktu końcowego wybranej ścieżki minimalnej energii. Cały proces jest powtarzany dla nowego stanu. Tym sposobem, ewolucja systemu na powierzchni PES może być wydajnie symulowana w dłuższej perspektywie czasowej.







Adaptywne kinetyczne Monte Carlo

Kluczowym krokiem w symulacjach KMC-hTST jest budowa wiarygodnej tabeli zdarzeń dla każdego stanu odwiedzanego przez system. Rzadko zdarza się by zdarzenia na tablicy były znane z wyprzedzeniem (za wyjątkiem naprawdę prostych systemów). W większości przypadków, tabela zdarzeń musi zostać zbudowana w locie (lub adaptacyjnie) dla każdego określonego stanu. Nazywamy ten typ symulacji długookresowej Adaptywnym Kinetycznym Monte Carlo. To stanie się naszym głównym narzędziem w LTD.

Metody szukania punktów siodłowych

Dimer.jpg

Do teraz, cały problem LTD został zredukowany do znajdowania punktów siodłowych dla zadanej konfiguracji. Istnieje kilka metod odnajdywania punktów siodłowych. Wybraliśmy metodę Dimer opracowaną przez Henkelmana i Jónsona. Jest to metoda podążania węzłem minimalnym wykorzystująca tylko pierwszą pochodną potencjału.


Potencjały empiryczne i DFT

Symulacje Adaptywnego Kinetycznego Monte Carlo (aKMC) oparte na metodzie Dimer wymagają dokładnej oceny energii systemu i sił na atomach. W zależności od tego jak liczone sa siły i energia, aKMC może zostać wykonane z użyciem potencjałów empirycznych lub metod pierwszej zasady takich jak Teoria funkcjonału gęstości. Nasza grupa opracowała system przetwarzania rozproszonego (eOn) która wykorzystuje potencjały empiryczne w symulacjach aKMC. Wykorzystuje ona wolne zasoby komputerów w internecie. Serwer wysyła zadania poszukiwań metodą Dimer do komputerów klienckich, zbiera rezultaty gdy zadania zostaną zakończone i wykonuje kolejne kroki KMC gdy wszystkie poszukiwanie zostają zakończone.

Jeśli nie ma wiarygodnych potencjałów empirycznych dostępnych dla systemu, co jest niestety prawdziwe dla większości przypadków, trzeba użyć pewnych obliczeń kwantowych do obliczenia energii i sił dla systemu. Opracowaliśmy również program skryptowy (AKMC) do wykonywania symulacji aKMC z użyciem kalkulacji VASP funkcjonału gęstości) Skrypt AKMC zajmuje się każdym szczegółem symulacji adaptywnego kinetycznego Monte Carlo i uwalnia ludzi od żmudnej i powtarzalnej pracy takiej jak zgłaszanie i sprawdzanie zadań. Pojedynczy krok symulacji aKMC może być potężnym narzędziem dla badania mechanizmów w chemii powierzchni i katalizie.

Przydatne linki

eOn na forum BOINC@Poland

Strona główna eOn

Twoje Konto


Strona badań

Wiadomości eOn