私たちの最近の原稿:https://arxiv.org/abs/1808.10011 フォノンは、固体結晶や一部の液体のように、原子や分子が周期的に配置された集団励起です。準粒子と呼ばれることが多いですが、励起状態を表します...
私たちの最近の原稿:https://arxiv.org/abs/1808.10011 フォノンは、固体結晶や一部の液体のように、原子や分子が周期的に配置された集団励起です。準粒子と呼ばれることが多いですが、励起状態を表します...
フォノン 固体結晶および一部の液体中の原子または分子が周期的に配置された集団励起です。準粒子と呼ばれることが多く、相互作用する原子のモードによって特徴づけられる励起状態を表します。フォノンは、熱伝導率や電気伝導率など、材料の多くの物理的特性において重要な役割を果たします。
フォノンを計算する方法の1つは、密度汎関数摂動理論 [2] を用いて、物質が特定の周波数と形状で原子の振動にどのように反応するかを示す分散関係を抽出することです。このアプローチは確立されていて正確ですが、計算量が非常に多くなります。フォノン分散を計算するには、元の結晶格子の摂動ごとに合計エネルギー計算を繰り返す必要があります。ユニットセルに原子が2つしかない場合でも、すでに2*3 = 6のフォノンモードがあります。
上の図のような複雑な変位を考慮したスペクトルを生成するには、通常、いわゆる「q点」のグリッド上でフォノン周波数を計算する必要があります。最も単純な2x2x2のグリッドでも、計算量は8倍になります（対称性は考慮されません）。したがって、フォノンは通常、総エネルギー計算よりも計算コストが2、3桁高くなります。ただし、実際の制限は待ち時間で、計算が完了するまでに1か月を費やす必要があります。
私たちは「マップリデュース」タイプの恥ずかしい並列ワークフロー ([3] で最初に説明したように) を展開し、フォノン計算を各q点と還元不可能な表現ごとに多数の小さな独立したタスクに分割します。
クラウドコンピューティングは、リソースをオンデマンドでプロビジョニングおよび終了し、独立したすべてのタスクを並行して実行できるため、これに最適です。このように、人間の時間は最も長い個々のタスクの所要時間によって制限されます。これは、単純に総エネルギー量を計算した場合と同等です。さらに、この手法は、個々のタスクが処理する原子が 1 つの変位だけで済むため、水晶ユニットセル内に多数の原子が存在する大規模なシステムにも適しています。
はい。下のビデオでは、ZnOの結晶を作る方法を示しています。電子構造の計算には10x10x10 k点のグリッドを使用し、フォノンは6x6x6のq点グリッドで計算します。開始から終了まで、合計で 52 分かかります。読者は、上記の実行の入出力データにアクセスできます。 このリンク さらに、ワークフローをクローニングして好みに合わせて調整し、以下を使用して他の材料のフォノン分散を計算します プラットフォーム.exabyte.io。
platform.exabyte.ioで実行されたZnOのグリッド並列フォノン分散計算の例を示すスクリーンキャスト。
[0] https://arxiv.org/abs/1808.10011
[1] http://henriquemiranda.github.io/phononwebsite/
[2] http://cmt.dur.ac.uk/sjc/thesis_prt/node39.html
[3] http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.617.8857&rep=rep1&type=pdf
