Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и прогнозирование фундаментальных свойств
сильнокоррелированных магнитных материалов, перспективных для
принципиально новых устройств электроники

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
11 млн
Внебюджетные средства
2,2 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Мазуренко Владимир Владимирович

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 31.12.2009
На первом этапе "Этап 1. Создание методической базы" были запланированы следующие работы:
1.1 Развитие метода LDA+DMFT
1.2 Проведение исследований магнитных взаимодействий в упорядоченных и парамагнитных фазах.
1.3 Оптимизация распределения потоков команд и данных методов,
используемых для численного моделирования свойств материалов с
целью их эффективного использования на современных
многопроцессорных кластерных системах.
1.4 Проведение предварительных расчетов свойств заявленных систем.
1.5 Практическая реализация объектно-ориентированного программного комплекса, объединяющего первопринципные методики описания свойств основного состояния современных материалов и модельные подходы (модуль 1).
За первый этап коллективом был получен ряд методических и практических результатов, связанных с моделированием электронной структуры и магнитных свойств современных сильнокоррелированных материалов, играющих важнейшее значение для разработки принципиально новых устройств электроники. Перечислим разработанные методы, новые подходы и их основные характеристики:
• Кластерный LDA+DMFT метод для решения проблемы учета пространственных корреляций при конечных температурах. Данный метод необходим для корректного описания многочастичных эффектов в силькоррелированных системах со значительными эффектами межузельных корреляций.
• Метод описания магнитных взаимодействий в парамагнитной фазе. Этот метод позволяет рассчитывать параметры изотропных обменных взаимодействий для модельных спиновых гамильтонианов в случае, когда система характеризуется только ближним магнитным порядком.
• Метод расчета спинового и орбитального вкладов в анизотропное обменное взаимодействие. Разработанный метод позволяет корректно учитывать эффекты спин-орбитального взаимодействия при описании магнитных свойств низкоразмерных квантовых систем.
• Предложен гибридный подход к реализации программных кодов, учитывающий особенности многоядерных архитектур современных кластерных систем при проведении численного моделирования свойств современных материалов.
Были проведены предварительные исследования свойств заявленных систем:
• Рассчитаны магнитные свойства низкоразмерной спиновой квантовой системы Cu3(CO3)2(OH)2 (азурит);
• Предложена микроскопическая модель для описания эффекта гигантской магнитной анизотропии в поверхностных наноматериалах;
• Проведено исследование силы электрон-электронного взаимодействия в новых высокотемпературных сверхпроводниках на основе FeAs системы.
• Разработан метод эффективной среды и проведено моделирование электромагнитного отклика систем с наномасштабными неоднородностями;
• Проведены теоретические и экспериментальные исследования мультиферроиков.
Создан первый модуль объектно-ориентированного программного комплекса, объединяющего первопринципные методики описания свойств основного состояния современных материалов и модельные подходы.
Методические и практические результаты 1 этапа проекта уже используются в курсах «Магнитные свойства», «Моделирование электронной структуры», «Физические и математические модели наноматериалов», «Вычислительная физика», изучаемых бакалаврами, магистрами и студентами физико-технического факультета УГТУ-УПИ в рамках направления 010600 – Прикладные математика и физика и по специальности 140302 – Физика атомного ядра и частиц. Кроме того, 5 магистров и студентов пятого курса ведут научно-исследовательскую работу по тематике проекта под руководством ученых – членов творческого коллектива.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
В ходе выполнения второго этапа работ по проекту коллективом был получен ряд методических и практических результатов, связанных с моделированием электронной структуры и магнитных свойств современных сильнокоррелированных магнитных наноматериалов, играющих важнейшее значение для разработки принципиально новых устройств электроники. Перечислим разработанные методы, новые подходы и их основные характеристики:
• Предложен метод, учитывающий многоорбитальную природу примеси в теории неупругой сканирующей туннельной микроскопии;
• Разработана методика неэмпирического описания адсорбции кластеров на поверхности;
• Разработан теоретический метод описания анизотропных обменных взаимодействий между примесями на металлических поверхностях;
• Предложена физически обоснованная методика определения потенциала двойного учета кулоновского взаимодействия в метое LDA+DMFT;
С использованием разработанных методов были получены следующие практические результаты:
• Изучено влияние щупа электронного микроскопа на магнитные свойства поверхностной наносистемы;
• Определена картина магнитных взаимодействий между атомами марганца в молекулярном магнетике Mn12;
• Проведено теоретическое изучение и моделирование нелинейных процессов в наномагнетиках;
• Предложена модель эффективной среды и выполнено моделирование физических свойств микронеоднородных систем.
Значительно расширены возможности разрабатываемого программного комплекса для моделирования современных материалов:
• Добавлен квантовый метод Монте-Карло с непрерывным временем;
• Разработана технология выборочного обмена данными между процессорами, что дает возможность выполнять высокоэффективное решение многочастичных гамильтонианов на многоядерных кластерных системах;
• Во внутренней сети УГТУ-УПИ запущена тестовая версия on-line сервиса разрабатываемого программного комплекса.
Все полученные результаты полностью соответствуют требованиям технического задания. Все результаты являются новыми, соответствуют мировому уровню и приняты или направлены в печать в ведущие зарубежные журналы.
Отличительной чертой данного проекта является развитие совершенно нового подхода к организации процесса научных исследований. Для описания и прогнозирования свойств материалов для реальных технологических приложений, необходимо моделировать физические явления в широком диапазоне масштабов времени и пространства. Это достигается посредствам интеграции и оптимизации существующих методов и расчетных схем, и создании на их основе универсальных программных комплексов.
Результаты работы используются в учебном процессе.
Развернуть
3
01.07.2010 - 31.12.2010
Моделирование электронных
состояний
сильнофрустрированных
квантовых магнетиков
(Си3У207(ОН)22Н20,
Си3(С03)2(ОН)2,Ка2У307,
ВаУ81207,МихГ206,
КЬ3№2(Ш3)7).
Моделирование магнитных
состояний
сильнофрустрированных
квантовых магнетиков
Разработка и тестирование 3
модуля объектно-
ориентированного
программного комплекса,
объединяющего
первопринципные методики
описания свойств основного
состояния современных
материалов и модельные
подходы.
Проведение расчетов
термодинамических
характеристик
сильнофрустрированных
квантовых магнетиков
Развернуть
4
01.01.2011 - 31.03.2011
Проведение расчетов
электронной структуры
гексагональных
манганитов (У,Ьи)МпО3 и
других мультиферроиков.
Проведение расчетов
фононных и магнитных
состояний гексагональных
манганитов (У,1дд)МпОз и
других мультиферроиков
Экспериментальное
исследование атомной
структуры, оптических и др.
свойств материалов
спинтроники.
Разработка научно-
методических материалов к
учебно-методическому
комплексу «Физические
свойства уникальных
сильнокорреллированных
систем» для физических и
материаловедческих
специальностей.
Развернуть
5
01.04.2011 - 15.08.2011
Проведение расчетов
электронной структуры
твердых растворов на основе
Ре, Со, Мп, 81, Се, 8Ь, Те.
Проведение расчетов
физических свойств твердых
растворов на основе Ре, Со,
Мп, 81, Се, 8Ь, Те.
Разработка программы
внедрения результатов НИР в
образовательный процесс.
Экспериментальное
исследование атомной
структуры, оптических и др.
свойств на основе Ре, Со, Мп,
81, Се, 8Ь, Те.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Тема
Исследование дефектов, структурных и фазовых превращений, диффузионных процессов и физических свойств твёрдых тел при высокоэнергетичных излучениях и термических воздействиях. Нейтронографические исследования сильнофрустрированных и сильнокоррелированных магнитных систем. на установке: "Исследовательский атомный реактор (ИВВ-2М) (рег. № 01-34)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,1 млн
Количество заявок
1
Тема
Технологии выращивания и электронные свойства комбинированных наноструктур для оптоэлектронных и магнитных устройств.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание и исследование фотоннокристаллических структур с управляемыми спектральными свойствами для устройств опто- и СВЧ-электроники.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
0
Тема
Разработка принципов и методов создания наноструктурированных функциональных полимерных и композиционных полимерных материалов принципиально нового типа для использования в технических устройствах и конструкциях
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
19
Тема
Концентрированные магнитные полупроводники как рабочая среда для логических и запоминающих устройств спинтроники.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1