Все выпуски

[ Switch to English ]

Разработка вычислительной среды для математического моделирования сверхпроводящих наноструктур с магнетиком

Нечаевский А.В., Стрельцова О.И., Куликов К.В., Башашин М.В., Бутенко Ю.А., Зуев М.И.
 pdf (1348K)

В настоящее время основная исследовательская деятельность в области нанотехнологий направлена на создание, изучение и применение новых материалов и новых структур. Большое внимание в последнее время привлекает возможность управления магнитными свойствами с помощью сверхпроводящего тока, а также влияние магнитной динамики на вольт-амперные характеристики гибридных наноструктур типа «сверхпроводник/ферромагнетик» (S/F). В частности, к таким структурам относятся джозефсоновский S/F/S-переход или молекулярные наномагниты, связанные с джозефсоновскими переходами. Теоретические исследования динамики подобных структур неизменно приводят к моделям, расчет которых требует численного решения большого количества нелинейных уравнений. Численное моделирование гибридных наноструктур «сверхпроводник/магнетик» подразумевает расчет как магнитной динамики, так и динамики сверхпроводящей фазы, что многократно увеличивает их комплексность и масштабность, поэтому возникает задача решения сложных систем нелинейных дифференциальных уравнений, что требует значительных временных и вычислительных ресурсов.

На сегодняшний день активно развиваются алгоритмы и фреймворки для моделирования динамики намагничивания в различных структурах. Однако функционал существующих пакетов не позволяет в полной мере реализовать нужную схему вычислений.

Целью настоящей работы является разработка единой вычислительной среды для моделирования гибридных наноструктур «сверхпроводник/магнетик», предоставляющей доступ к решателям и разработанным алгоритмам, позволяющей проводить исследования сверхпроводящих элементов в наноразмерных структурах с магнетиками и гибридных квантовых материалов. В работе представлены результаты использования разрабатываемой вычислительной среды по исследованию резонансных явлений в системе наномагнита, связанного с джозефсоновским переходом. Для исследования возможности переориентации намагниченности в зависимости от параметров модели численно решалась задача Коши для системы нелинейных уравнений. Непосредственно сама вычислительная среда разрабатывалась и развернута на базе гетерогенной вычислительной платформы HybriLIT. Проведенное в рамках вычислительной среды исследование показало эффективность применения развернутого стека технологий и перспективность его использования в дальнейшем для оценки физических параметров в гибридных наноструктурах «сверхпроводник/магнетик».

Ключевые слова: численное моделирование, гибридные наноструктуры, джозефсоновские переходы, Jupyter Notebook, вычислительная среда, алгоритм, облачная платформа
Цитата: Нечаевский А.В., Стрельцова О.И., Куликов К.В., Башашин М.В., Бутенко Ю.А., Зуев М.И. Разработка вычислительной среды для математического моделирования сверхпроводящих наноструктур с магнетиком // Компьютерные исследования и моделирование, 2023, т. 15, № 5, с. 1349-1358
Citation in English: Nechaevskiy A.V., Streltsova O.I., Kulikov K.V., Bashashin M.V., Butenko Y.A., Zuev M.I. Development of a computational environment for mathematical modeling of superconducting nanostructures with a magnet // Computer Research and Modeling, 2023, vol. 15, no. 5, pp. 1349-1358
DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-5-1349-1358
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3398/
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Copyright © 2009–2024 Институт компьютерных исследований