В последнее время экологическая ситуация в мире повсеместно ухудшается и возникает необходимость поиска новых эффективных средств обнаружения вредных веществ в воздухе. С каждым годом растет содержание углекислого газа в воздухе, что в итоге может повлечь за собой ухудшение состояния здоровья людей. Для своевременной фиксации повышения уровня газа в настоящее время используют сенсорные устройства различного типа. В качестве активного материала такого сенсора могут быть использованы современные уникальные материалы — нанотрубки, которые, благодаря своим сорбционных свойствам, способны определять наличие вредных примесей в воздушном пространстве помещений. Также можно использовать подобные сенсоры в качестве детекторов некоторых заболеваний человека по анализу выдыхаемого воздуха, что делает возможным их применение в медицине. Представлены результаты теоретического исследования сорбционного взаимодействия модифицированных боронитридных нанотрубок с молекулами углекислого газа и ацетона, полученные с использованием квантово-химического метода DFT, которые доказывают возможность применения этого вида нанотрубок в качестве материала датчиков сенсорных устройств.

На примерах экзотермической химической реакции и саморазогрева области проводящего филамента мемристора обсуждаются стимулированные теплотой фазовые переходы, недостатки применения в нано-масштабах классического подхода Фурье и преимущества метода молекулярной механики при моделировании температурного фактора. Предложена коррекция к закону Аррениуса, учитывающая то, что температура становится случайной величиной. На основе вводимых понятий (элементарный акт тепловыделения, радиус и регион теплового воздействия) предлагается методика учета теплового фактора.

Корректирующая поправка основана на расщеплении всего пула частиц на несколько потоков, каждый из которых соответствует фиксированному значению температуры, взятому из некоторого диапазона. Хотя приводятся непрерывный и дискретный вариант коррекции, но дискретный вариант более предпочтителен. Это связано с тем, что методика делает акцент на применении методов молекулярной механики, причем, умышленно, в самом примитивном варианте. Отмечается роль аморфизации, как примера структурной перестройки вещества в нанообъемах. Указывается, что сами фононные спектры, определяющие теплоперенос, зависят от температуры. Методика, согласуется с идеологией многомасштабного моделирования. Интегральное повышение температуры рассчитывается вне региона теплового воздействия, где значимы неравновесные эффекты, путем решения стандартного уравнения теплопроводности.

Электронные, магнитные, механические и другие свойства кристаллических веществ обусловлены особенностью их строения — периодичностью и симметрией решетки, поэтому определение структуры является важным этапом исследования таких материалов. 
В работе рассмотрен ряд металлов, имеющих кристаллическую решетку структурного типа ГПУ (гексагональная плотная упаковка) — бериллий, церий, кобальт, диспрозий, эрбий, гадолиний, гафний, гольмий, лантан, лютеций, магний, неодим, осмий, празеодим, рений, рутений, скандий, тербий, титан, таллий, тулий, иттрий, цирконий. Показано применение алгоритма имитации отжига для нахождения метрических параметров рассматриваемых материалов с использованием модели плотной упаковки, широко применяемой в кристаллографических расчетах. Представленная в работе собственная программная реализация алгоритма имитации отжига позволяет по заданным химической формуле и пространственной группе симметрии определить координаты атомов, входящих в элементарную ячейку кристаллической решетки, вычислить постоянные решетки и плотность упаковки атомов в ячейке кристалла структурного типа ГПУ. Перечисленные структурные характеристики могут быть использованы в качестве входных параметров при моделировании электронных, магнитных и других свойств рассмотренных соединений. В статье приведено сравнение значений постоянных кристаллической решетки, полученных в результате численного моделирования, с опубликованными данными.

Работа посвящена вопросам имитационного моделирования аналоговой импульсной нейронной сети на основе мемристивных элементов в рамках задачи распознавания образов. Имитационное моделирование позволяет выполнить настройку сети на уровне математической модели, и впоследствии использовать полученные параметры непосредственно в процессе функционирования. Модель сети задается в виде динамической системы, которая может состоять из десятков и сотен тысяч обыкновенных дифференциальных уравнений. Естественным образом возникает потребность в эффективной и параллельной реализации соответствующей имитационной модели. В качестве технологии для распараллеливания вычислений используется OpenMP (Open Multi-Processing), так как она позволяет достаточно легко создавать многопоточные приложения на различных языках программирования. Эффективность распараллеливания оценивается на задаче моделирования процесса обучения сети распознаванию набора из пяти изображений размера 128 на 128 пикселей, которая приводит к решению порядка 80 тысяч дифференциальных уравнений. На данной задаче получено более чем шестикратное ускорение вычислений.

Согласно экспериментальным данным, характер функционирования мемристоров является стохастическим, о чем свидетельствует разброс в вольт-амперных характеристиках в процессе переключения между высокоомным и низкоомным состояниями. Для учета этой особенности применяется модель мемристора с интервальными параметрами, которая дает ограничения сверху и снизу на интересующие величины, и заключает экспериментальные кривые в коридоры. При моделировании работы всей аналоговой самообучающейся импульсной нейронной сети, каждую эпоху обучения параметры мемристоров задаются случайным образом из подобранных интервалов. Такой подход позволяет обойтись без применения стохастического математического аппарата, тем самым дополнительно уменьшив вычислительные затраты.

Статья исследует проблему создания отказоустойчивых самосинхронных (СС) схем. Использование избыточного СС-кодирования и двухфазной дисциплины работы обеспечивает более высокую сбоеустойчивость СС-схем в сравнении с синхронными аналогами. Использование дублирования канала обработки данных вместо традиционного для синхронных схем троирования позволяет сократить избыточность СС-схем в отказоустойчивом исполнении и обеспечивает более высокий уровень надежности в сравнении с синхронными аналогами.

Вычислительное материаловедение направлено на моделирование веществ для изучения их физических свойств. Биоэлектроника — это междисциплинарная область, изучающая биологические материалы с точки зрения проводимости. Пространственная структура (или свертка) белка напрямую влияет на его физические и химические свойства, в том числе на проводимость. Моделирование пространственной структуры белка является вычислительно трудной задачей: число возможных степеней свободы делает моделирование экспоненциально сложным для классических вычислений из-за ограниченности ресурсов, а именно памяти и процессорного времени. Квантовые вычисления направлены на обработку многомерных данных, при которых потребность в вычислительных ресурсах (кубитах) растет логарифмически по отношению к размеру данных. Квантовые операторы, вентили, составляют квантовые программы, называемые контурами (или схемами).  В реальных квантовых компьютерах вентили являются неточными и дорогими в исполнении. Одним из способов повышения точности результата и снижения стоимости вычислений служит уменьшение количества квантовых вентилей. Данная работа описывает подход к уменьшению количества вентилей, состоящий из двух комбинируемых техник. Первая техника оптимизации основана на свойствах обратных и коммутирующих матриц. В данном случае оптимизированный контур при моделировании предсказывает такую же структуру белка, как и при моделировании исходным контуром, поскольку они математически эквивалентны. Вторая техника основана на исключении из квантового контура операторов с малоамплитудными параметрами. В этом случае оптимизированный контур рассчитывает приближенную структуру белка с погрешностью, зависящей от величины амплитуды параметров матриц. В ходе работы при моделировании части молекулы азурина удалось сократить глубину квантового контура с 631 до 629 вентилей первой техникой. Сокращение числа операторов первого метода совместно со вторым зависит от порогового значения, заданным вручную: для порогового значения 0.4 радиан глубина квантового контура составляет 314 вентиля.

В данном исследовании были изучены оптические и люминесцентные свойства керамики иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (Y_3-хСе_хAl₅O₁₂) с различным содержанием активатора. Концентрация церия варьировалась в пределах 0,01—0,025 ф. ед. Была исследована морфология керамических порошков. Показано, что концентрация активатора не оказывает влияния на гранулометрический состав керамических порошков. По результатам исследования оптических свойств керамики Y_3-хСе_хAl₅O₁₂ были выявлены зависимости оптического пропускания света от концентрации активатора и от температуры вакуумного спекания. Были исследованы зависимости температуропроводности керамических образцов от концентрации церия и температуры вакуумного спекания. Исследования люминесцентных свойств керамики показали, что изменение концентрации церия в твердом растворе Y_3-хСе_хAl₅O₁₂ приводит к смещению максимума полосы люминесценции, в то время как увеличение температуры вакуумного спекания с 1675 до 1800 °С приводит к сужению полосы люминесценции.

Темпы развития современной электроники помимо повышения спроса на полупроводниковые монокристаллы приводят к возрастанию требований по их структурному совершенству. Плотность дислокаций и характер их распределения являются важнейшими характеристиками полупроводниковых монокристаллов, определяющими дальнейшую эффективность их применения в качестве элементов интегральных систем. В связи с этим изучение механизмом возникновения, скольжения и распределения дислокаций — одна из актуальных задач, которая ставит ученных перед выбором метода исследования. В данной работе приведен обзор современных методик исследования и подсчета плотности дислокаций в монокристаллах. Дан краткий анализ основных преимуществ и недостатков каждого метода, а также приведены экспериментальные результаты. Метод избирательного травления (световой оптической микроскопии) получил наибольшее распространения и в своем классическом варианте является очень эффективным при решении задач обнаружения дефектов, приводящих к браку, и оценки плотности дислокаций по числу ямок травления, пересчитанных на площадь поля зрения. С использованием цифровой световой микроскопии, за счет перехода от анализа изображений к матрице значений интенсивности отдельного пикселя и автоматизации процесса измерений, становится возможным количественный анализ по всему поперечному сечению монокристаллической пластины и анализ характера распределения структурных несовершенств. Метод рентгеновской дифракции традиционно используется для определения кристаллографической ориентации, но также позволяет оценить величину плотности дислокаций по уширению кривой качания в случае двухкристальной геометрии. Методы растровой электронной микроскопии во вторичных электронах и атомно-силовой микроскопии позволяют дифференцировать фигуры травления по природе их возникновения и детально изучить их геометрию.

Просвечивающая электронная микроскопия и метод наведенных токов позволяют получать микрофотографию отдельных дислокаций, но требуют трудоемкой предварительной подготовки экспериментальных образцов. Рентгеновская топография дает возможность работать с массивными образцами и также обладает высокой разрешающей способностью, но в связи с высокой энергоемкостью процесса измерений слабо применима в условиях производства.

Цифровая обработка изображений позволяет расширить спектр возможностей основных материаловедческих методов исследования дислокационной структуры и повысить объективность получаемых результатов.