Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск
Том 23, № 4 (2020)
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-4

6
Аннотация
Модификация бороуглеродных нанотрубок функциональными группами актуальна в связи с интенсивным развитием наноиндустрии, в частности, нано- и микроэлектроники. Модифицированная таким образом нанотрубка может быть использована в качестве элемента сенсорного устройства для обнаружения микроколичеств различных веществ, например, металлов, входящих в состав солей и щелочей. В работе обсуждается возможность создания высокоэффективного сенсора на базе однослойной бороуглеродной ВС5 нанотрубки, поверхностно-модифицированной функциональной аминной группой (-NH2). Результаты квантово-химических исследований показали, что функциональная аминная группа присоединяется к бороуглеродной  нанотрубке (БУНТ) типа (6, 0) на расстоянии 1,6 Å (при модификации как на поверхностный атом углерода, так и на атом бора), а к БУНТ типа (6, 6) – на расстоянии 1,6 Å при присоединении группы к атому углерода и 1,7 Å при присоединении к атому, что говорит о возникновении химической связи между исследуемыми БУНТ и аминной группой. Представлены результаты компьютерного моделирования взаимодействия между поверхностно-модифицированной ВС5 нанотрубкой и атомами щелочных металлов (литий, натрий, калий), подлежащими инициализации. Исследовано сенсорное взаимодействие модифицированной бороуглеродной наносистемы с атомами металлов, при котором производится идентификация выбранных атомов на определенном расстоянии. При взаимодействии с атомами щелочных металлов в комплексе "ВС5+ NH2"увеличивает число носителей, обусловленное переносом электронной плотности от атомов металла к модифицированной БУНТ. Результаты, излагаемые в данной статье, были получены в рамках модели молекулярного кластера путем квантово-химических расчетов с использованием расчетного метода DFT c обменно-корреляционным функционалом B3LYP (валентно-расщепленный базисный набор 6-31G). Было доказано, что модифицированная аминной группой бороуглеродная ВС5 нанотрубка показывает сенсорный отклик в отношении вышеуказанных атомов щелочных металлов и может использоваться в качестве элемента сенсорного устройства.

Наноматериалы и нанотехнологии 

9
Аннотация
Синтезированы тройные наночастицы FeCoNi, распределенные и стабилизированные в углеродной матрице металлоуглеродных нанокомпозитов FeCoNi/C. Синтез нанокомпозитов осуществляли методом контролируемого ИК-пиролиза прекурсоров типа "полимер-нитраты металлов", полученных совместным растворением компонентов с последующим удалением растворителя. Исследовано влияние температуры синтеза на структуру, состав и электромагнитные свойства нанокомпозитов. Методом РФА было показано, что образование тройных наночастиц FeCoNi происходит за счет растворения Fe в наночастицах твердого раствора NiCo. С повышением температуры синтеза увеличивается размер наночастиц металлов, что определяется процессами их агломерации и коалесценции при перестройке матрицы. Также в зависимости от температуры синтеза могут образовываться наночастицы тройного сплава с различным составом, причем указанное в прекурсоре соотношение металлов достигается при 700 ° С. Методом Рамановской спектроскопии было показано, что с увеличением температуры синтеза степень кристалличности углеродной матрицы нанокомпозитов возрастает, и могут образовываться графеновые структуры, состоящие из нескольких слоев. Исследованы частотные зависимости относительной комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости нанокомпозитов в диапазоне 3-13 ГГц. Показано, что повышение температуры синтеза приводит к значительному увеличению как диэлектрических, так и магнитных потерь (~2 раза). Первые связаны с формированием сложной наноструктуры углеродной матрицы нанокомпозита, а вторые определяются увеличением размера наночастиц и сдвигом частоты EФМР в низкочастотную область. Расчеты потерь на отражение (РЛ) проводились по стандартной методике на основе экспериментальных данных частотных зависимостей комплексной магнитной и диэлектрической проницаемости. Показано, что регулирование частотного диапазона и величины поглощения электромагнитных волн (от 50 до 94%) может осуществляться путем изменения температуры синтеза нанокомпозитов.

Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов 

4
Аннотация

В статье рассмотрены основные аспекты значимости развития высокопроизводительной среды для научных исследований в условиях цифровой трансформации, применяемых при решении задач синтеза новых материалов с заданными свойствами. Приведены некоторые исторические факты, свидетельствующие об огромной роли, которую сыграли советские ученые в создании вычислительной техники для научных исследований. Дан анализ опыта ФИЦ ИУ РАН в создании современной высокопроизводительной платформы и ее использовании для научных исследований. Обоснована необходимость  ее применения  для решения прикладных задач, связанных  с  подбором новых материалов в области микроэлектроники.

3
Аннотация

Статья посвящена методикам расчета и оценке эффективности функционирования гибридных вычислительных систем.

Программные системы материаловедения демонстрируют максимальную эффективность при функционировании именно на гибридных вычислительных системах при использовании графических ускорителей для проведения расчетов. В качестве примера можно привести программные системы VASP (The Vienna Ab initio Simulation Package) и Quantum ESPRESSO. Эти программные системы проявляют наибольшую эффективность при монопольном использовании вычислительных ресурсов: RAM, CPU, GPU.

При эксплуатации гибридного высокопроизводительного комплекса возникает задача управления ресурсами и разделения их между группой пользователей. Необходимо разработать технологии, которые обеспечивают выделение ресурсов приложениям материаловедения для разных пользователей и научных коллективов.

Современным подходом в организации вычислительного процесса является использование технологий виртуализации и облачных технологий. Облачные технологии позволяют предоставлять пользователям услуги SaaS и PaaS. Целесообразно предоставлять научным командам прикладные системы материаловедения как облачные сервисы.

Такие разноплановые подходы в условиях применения в одном вычислительном комплексе требуют выработки методов по оптимизации загрузки ресурсов высокопроизводительного комплекса, оценке эффективности использования его вычислительных возможностей и выработке методики совершенствования пользовательских программ.  

Определение качества загрузки комплекса является важной задачей при предоставлении сервисов высокопроизводительных вычислений научным коллективам, выполняющими междисциплинарные научные исследования в различных областях науки и техники. В статье предлагается метод расчета значения величины загрузки с использованием пиковых значений производительности комплекса. Анализируются результаты и качество функционирования облачных научных сервисов высокопроизводительных вычислений с помощью roofline модели.
5
Аннотация

Для решения задач материаловедения в том числе многомасштабного моделирования для синтеза материалов с заданными свойствами в ФИЦ ИУ РАН создана современная цифровая платформа для научных исследований, представляющая собой совокупность центра компетенций, высокопроизводительного вычислительного комплекса и комплекса научных сервисов, предоставляемых исследователям в виде традиционных облачных услуг в режимах программных (SaaS), платформенных (PaaS) и инфраструктурных (IaaS) сервисов, а также с помощью специфических технологий предоставления исследователям научного сервиса как услуги (RaaS, Research as a Service).

Другими примерами научных областей для которых применяются научные сервисы в совокупности с сервисами высокопроизводительных вычислений являются: биомедицинская химия, кристаллография, компьютерная лингвистика, искусственный интеллект.

В статье приводится описание информационно-вычислительной среды ЦКП «Информатика», составляющей основу инструментально-технологической инфраструктуры для макетирования, а также макета системы управления детерминированными научными сервисами цифровой платформы.

В статье представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных применительно к алгоритмам передачи и промежуточного хранения исходных данных, сервисам обмена данными при взаимодействии с пользователем платформы, облачным научным сервисам высокопроизводительных вычислений, алгоритмам взаимодействия адаптеров обмена данными при обеспечении взаимодействия между платформой, актуальных при решении задач многомасштабного моделирования для синтеза материалов с заданным свойствами.

Полученные результаты позволяют оценить практические аспекты функционирования цифровой платформы для научных исследований, предназначенной для эффективной организации научных исследований и управления научной приборной базой в интересах широкого круга исследовательских коллективов и промышленных потребителей.

2
Аннотация

В работе рассматриваются вопросы формирования системных интерфейсов цифровой платформы для управления процессом оказания научного сервиса, включающего в том числе интеграцию научных сервисов для решения комплексной исследовательской задачи, например многомасштабного моделирования свойств новых материалов или проведения междисциплинарных исследований. На основе приведенной в работе функциональной структуры интеграции научных сервисов цифровой платформы (применительно к многомасштабному моделированию) формулируются требования к системному интерфейсу, а также предлагается архитектура системного интерфейса интеграции научных сервисов цифровой платформы. Предлагаемая модель системного интерфейса для информационного взаимодействия с сервисами и наборами данных цифровой платформы в процессах управления оказания научных сервисов основывается на современных решениях управления виртуальной инфраструктурой, базирующийся на технологиях контейнерной обработки и микросервисов, а также средств оркестровки и коммуникации контейнеров (service mesh), технологиях гибкой (agile) интеграции. С учетом того, что основной функцией цифровой платформы является обеспечение процессов подготовки и проведения исследований за счет формализации сценариев взаимодействия исследователей, поставщиков (источников) исходных данных, потребителей результатов наряду с инструментами поддержки системных интерфейсов к каталогам цифровой платформы в проекте предлагаются средства организации взаимодействия сервисов, зарегистрированных на платформе, с целью обеспечения выполнения научного исследования. Синхронизация процессов предоставления услуг, обеспечение передачи данных между сервисами и получение конечного результата также обеспечиваются путем реализации процессов управления цифровой платформы, в основе которой лежит предложенный системный интерфейс. Новой в работе является разработанная модель системных интерфейсов. Предложенный интерфейс взаимодействия позволяет эффективно консолидировать высокопроизводительные вычислительные ресурсы и математические модели на основе цифровых платформенных технологий. Это особенно актуально для организации решения задач многомасштабного моделирования как комплекса моделей, каждая из которых функционирует в одном пространственно-временном масштабе.

5
Аннотация

В работе предлагаются конструктивные и схемотехнические решения для реализации высокопроизводительных компьютеров следующего поколения. Они основаны на методологии проектирования самосинхронных схем и обеспечивают повышение устойчивости вычислительных систем к логическим сбоям, являющимся следствием наведенных помех и радиационного воздействия.

7
Аннотация
В работе рассматривается модель, позволяющая получать значения потенциальной энергии кристаллических структур с применением методов машинного обучения. Модель на основе машиннообучаемого потенциала сравнивается с алгоритмом получения значения энергии системы с помощью потенциала Терсоффа.
2
Аннотация
Представлены программные модули, реализующие индексацию научных статей, предметно-ориентированный поиск по ним, пользовательский интерфейс, а также программный интерфейс для сторонних потребителей. Приведено подробное описание процесса настройки полнотекстового поиска до уровня предметно-ориентированного.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)