Примеры заявок

Пример 1

  • Иван Иванович Иванов, студен Физического факультета НГУ, кафедра физики полупроводников, 3-й курс, гр. XXXXX.
  • Адрес электронной почты: ….@yandex.ru
  • Дипломная работа
  • Кто является научным руководителем и его адрес электронной почты. Пётр Петрович Петров, с.н.с ИФП СО РАН, ….@isp.nsc.ru
  • Состав коллектива:
    • Иван Иванович Иванов, ….@yandex.ru, студент НГУ,
    • Пётр Петрович Петров, с.н.с. ИФП СО РАН, ….@isp.nsc.ru
  • Описание работы:
    • Название (тема) работы: «Моделирование зарождения наноостровков Ge на структурированных подложках Si»
    • Постановка задачи (что именно должно быть сделано, какие результаты должны быть получены): Методом молекулярной динамики будут рассчитаны поверхностные деформации в канавках структурированной подложки Si с учетом междоузлий, вносимых в подложку ионным облучением. На основе анализа рассчитанных деформаций будут установлены места, благоприятные для зарождения наноостровков при осаждении Ge в условиях молекулярно-лучевой эпитаксии.
    • Cовременное состояние проблемы, с ссылками на источники, предпочтительно доступные в сети Интернет (существующие работы, ваши или других коллективов, на которые вы будете опираться).
      1. Число теоретических работ, посвященных росту на структурированных подложках, сравнительно невелико. Эффект самоупорядочения при осаждении материала на рельефную поверхность изучался в работе Капона с коллегами (G. Biasiol, A. Gustafsson, K. Leifer, and E. Kapon, Mechanisms of self-ordering in nonplanar epitaxy of semiconductor nanostructures, Phys. Rev. B 65 (2002) 205306). На примере поверхности, содержащей систему параллельных канавок трапециевидного профиля, в рамках феноменологической модели была решена кинетическая задача об эволюции морфологии поверхности в условиях гомоэпитаксиального роста. Было показано, что при диффузии адатомов, возникающей вследствие градиента химпотенциала поверхности, возможны два режима роста, определяющие характер эволюции профиля канавки. В зависимости от соотношения химпотенциалов на горизонтальных и наклонных участках поверхности, в процессе роста возникает стабилизация ширины канавки либо на донышке, либо в верхней ее части. В обоих случаях глубина канавки монотонно уменьшается со временем, что в итоге должно приводить к полному выглаживанию поверхности. Результаты решения кинетической задачи можно качественно перенести на случай ямок пирамидальной формы.
      2. Руководителем работы с коллегами (P. Novikov, Zh. Smagina, D. Vlasov, A. Deryabin, A. Kozhukhov, A. Dvurechensky, «Space arrangement of Ge nanoislands formed by growth of Ge on pit-patterned Si substrates», Journal of Crystal Growth, Vol. 323, Issue 1 (2011) pp 198-200) с помощью моделирования методом молекулярной динамики был рассчитан потенциальный рельеф поверхности, содержащей ямку в форме перевернутой пирамиды, для двух ориентаций подложки - (001) и (111). Было показано, что на краю ямки возникает энергетический барьер (~ 1 эВ), блокирующий миграцию адатомов по диффузионным каналам. Основной маршрут миграции адатомов в глубь ямки проходит по линиям пересечения боковых граней ямки к донышку, где лежит наиболее глубокий минимум (-2.84 эВ для Si(001) и -3.06 эВ для Si(111)).
      3. В теоретической работе Вастолы с коллегами (G. Vastola, F. Montalenti and Leo Miglio, «Understanding the elastic relaxation mechanisms of strain in Ge islands on pit-patterned Si(001) substrates», J. Phys: Condens. Matter 20 (2008) 454217) в приближении сплошной среды решалась упругая задача в системе Si/Ge(001) на структурированной подложке. Были рассмотрены две альтернативные морфологии пленки Ge, заполняющей в кремнии ямку в форме перевернутой пирамиды с тангенсом угла наклона 0.2 («обратный hut-кластер»). В одном случае германий заполнял ямку равномерно от донышка, в другом - принимал форму hut-кластера (прямого, т.е. вершиной вверх). Для обеих морфологий была рассчитана энергия гетероэпитаксиальной системы как функция объема германия. Было показано, что при объеме Ge, превышающем 200 нм^3, hut-кластер оказывается энергетически выгодным. В случае 50%-ого перемешивания Si и Ge критический объем увеличивается до 8000 нм^3. Удельная энергия поверхности, заложенная в расчеты, была взята из результатов другой работы, без учета ориентации граней и сверхструктурных перестроек. Поэтому полученные значения критического объема могут содержать большую погрешность.
      4. В работе Райтери (P. Raiteri, D.B. Migas, and Leo Miglio, «Critical Role of the Surface Reconstruction in the Thermodynamic Stability of {105} Ge Pyramids on Si(001)», Phys. Rev. B 88 (2002) 256103) была исследована проблема термодинамической стабильности hut-кластеров Ge на Si(001) с учетом сверхструктурных перестроек. Авторы работы изучали энергетику гетеросистемы с помощью моделирования методами ab initio и молекулярной динамики. Расчеты показали, что сверхструктурные перестройки на плоских участках поверхности и расположение атомов на наклонных гранях островков играют ключевую роль в вопросе о стабильности германиевого наноостровка и о размере критического hut-кластера. Указанная работа непосредственно не связана со структурированной поверхностью, однако она показывает эффективность метода молекулярной динамики, в том числе и для решения задач предлагаемого проекта.
    • Научная новизна, практическая значимость работы (для чего она выполняется, в чём смысл и практическая / потенциальная польза): В аспекте фундаментальных исследований выполнение задач работы означает разработку новых эффективных методов моделирования процессов роста поверхностных наноструктур. Уникальность этих методов состоит в том, что на используемых временах и масштабах эти процессы не доступны для исследования другими средствами теории или эксперимента. Научное знание, которое будетполучено с использованием наших методов, имеет наиболее детализированную форму и исключительно важно для понимания механизма формирования поверхностных наноструктур. В прикладном аспекте полученные результаты могут быть востребованы для создания лазеров на квантовых точках с повышенной термической стабильностью, матриц светоизлучательных элементов и устройств, реализующих квантовые вычисления.
    • Работа поддержана грантом РНФ 14-12-00132, “Наногетероструктуры Ge/Si с квантовыми точками”, 01 января – 31 декабря 2016 г. (3-й этап), руководитель Пётр Петрович Петров.
  • В чём заключается необходимость использования комплекса ИВЦ (доступ к лицензиям / ПО, вычислительные ресурсы, другое…): Увеличение длительности процессов, имитируемых методами МД и МК, связано с обработкой больших объемов информации и трудоемкими вычислениями. Решение этих задач возможно только с применением высокопроизводительных вычислительных систем (ВС) и созданием масштабируемых параллельных методов и программ моделирования наноструктур.
  • Будет ли производиться распараллеливание выполняемых программ на несколько ядер / узлов. Если «да» - то каким именно способом: На начальном этапе работы область подложки, пердназначенная для построения карты потенциального рельефа, будет разбита на полоски. Расчет в пределах каждой полоски будет осуществляться отдельным ядром. В дальнейшем предполагается разработать алгоритм распараллеливания, основанный на 3D-геометрической декомпозиции области моделирования и ориентированный на многопроцессорные вычислительные системы (ВС) с распределенной памятью (вычислительные кластеры).
  • Необходимые аппаратные ресурсы:
    • До 24 процессорных ядер.
  • Приблизительная оценка необходимого процессорного времени в часах использования одного ядра или одного узла в монопольном режиме. При регулярной работе - сколько потребуется ежемесячно.
    • Затрудняюсь ответить.
  • Количество дисковой памяти для постоянного хранения и для временный файлов.
    • До 2 ГБ для постоянного хранения и до 5 ГБ для временных файлов.
  • На какой срок нужен доступ:
    • До 31 мая 2016 г.

Пример 2

  • …..
  • Описание работы:
    • Название (тема) работы. Разработка бездиссипативного метода решения уравнений движения смеси
    • Постановка задачи. Разработать метод описания двумерного нестационарного течения двухфазной жидкости, не вызывающий искусственного перемешивания фаз жидкости из-за численной диссипации. Метод основан на уравнениях Навье-Стокса для описания движения смеси и методе частиц для описания переноса концентрации одной из фаз. Тестирование метода. Сравнение различных вариантов метода искусственной сжимаемости для решения уравнений Навье-Стокса, различных вариантов метода частиц.
    • Современное состояние проблемы, с ссылками на источники, предпочтительно доступные в сети Интернет (существующие работы, ваши или других коллективов, на которые вы будете опираться). Многофазные течения и, в частности, течения с подвижной границей раздела играют важную роль с природе и технике. Модели многофазных течений находят широкое применение при исследовании природных явлений (волны на водной поверхности, подводные оползни, сели), в медицине (движение крови в сосудах), в промышленности (течения смесей в трубопроводах, кавитация в турбинах и насосах, фильтрация смесей в породе). Экспериментальное исследование подобного рода задач часто сопряжено со значительными трудностями и затратами, поэтому существует необходимость построения математических моделей и численных методов описания многофазных течений. Однако на сегодняшний день не существует единого подхода к разработке численных методов решения подобных задач. Конечно-разностные методы, часто применяемые для решения уравнений в частных производных, обладают рядом недостатков. Одним из них является численная диссипация (диффузия) решения, которая приводит к «размыванию» профиля. В связи с этим построение алгоритма, не обладающего свойством численной диффузии, является актуальной задачей.
    • Список литературы:
      1. Brennen C. E. Fundamentals of multiphase flow. – Cambridge University Press, 2005
      2. Harlow, F.H. and Welch, J.E., 1965, Numerical calculation of time-dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface. Phys. Fluids, Vol. 8(12), p. 2182-2189.
    • Научная новизна, практическая значимость работы (для чего она выполняется, в чём смысл и практическая / потенциальная польза). Ожидается, что будет разработан метод, позволяющий описывать широкий класс течений двухфазной жидкости.
  • В чём заключается необходимость использования комплекса ИВЦ. Вычислительные ресурсы. При разработке метода, его тестировании и верификации возникает необходимость проведения большого числа расчетов. Время выполнения расчета течения многофазной жидкости даже в двумерной постановке велико из-за наличия больших градиентов плотности и вязкости смеси.
  • Будет ли производиться распараллеливание выполняемых программ на несколько ядер / узлов: На первом этапе нет.
  • Необходимое программное обеспечение: GNU GCC, Boost C++ Libraries, Intel MKL
  • Количество ядер / оперативной памяти в один момент времени. 1-50 ядер в зависимости от задачи.
  • Приблизительная оценка необходимого процессорного времени в часах использования одного ядра или одного узла в монопольном режиме. При регулярной работе - сколько потребуется ежемесячно. 1-24 часа в зависимости от задачи
  • ….

Пример 3

  • …..
  • Тема: Моделирование адсорбции водорода на поверхности платина-рений оксидных катализаторов гидрирования.
  • Постановка задачи: В рамках данной работы будет промоделирован активный центр платина-рений оксидного катализатора гидрирования карбоновых кислот на носителе диоксиде титана. Методами молекулярной механики и квантовой химии будет смоделирован процесс диссоциативной адсорбции водорода на активном центре. Будет получен энергетический профиль адсорбции, данные о возможных интермедиатах, теоретические спектры ЯМР и ИК. В дальнейшем эти результаты будут сопоставляться с экспериментальными данными, будет сделано предположение о механизме адсорбции водорода на катализаторе.
  • Современное состояние: Ранее установлено, что Pt-ReOx/TiO2 катализатор показывает хорошую активность и очень высокую селективность в реакции жидкофазного гидрирования карбоновых кислот [1]. Такая же высокая селективность наблюдалась на гомогенных катализаторах гидрирования Нойори и Мильштейна. Установлено, что на них происходит гетерогенная диссоциация водорода, что и объясняет высокую селективность [2,3]. Работ же по изучению адсорбции водорода на селективных гетерогенных катализаторах гидрирования не проводилось. Таким образом, моделирование процесса адсорбции и активации водорода на гетерогенном селективном катализаторе гидрирования, позволил бы доказать или опровергнуть предположение о гетерогенной диссоциации водорода.
  • Список литературы:
    1. The nature of active sites in Pt–ReOX/TiO2 catalysts for selective hydrogenation of carboxylic acids to alcohols. A. Suknev, V. Zaikovskii, V. Kaichev, E. Paukshtis, E. Sadovskaya, B. Bal’zhinimaev, J. Energy Chem. 24 (2015) 646–654.
    2. BINAP-Ruthenium Dicarboxylate Complexes: New, Highly Efficient Catalysts for Asymmetric Hydrogenations Tetsuo Ohta, Hidemasa Takaya, and Ryoji Noyori
    3. New CNN-Type Ruthenium Pincer NHC Complexes. Mild, Efficient Catalytic Hydrogenation of Esters Eran Fogler, Ekambaram Balaraman, Yehoshua Ben-David, Gregory Leitus, Linda, J. W. Shimon, and David Milstein.
  • Значимость работы: Полученные результаты могут помочь в установлении механизма адсорбции водорода на Pt-ReOx/TiO2 катализаторе, что позволит понять весь механизм гидрирования карбоновых кислот и модифицировать катализаторы гидрирования для увеличения активности и селективности.
  • Данная работа не выполняется ни по какому гранту.
  • …..