Panalungtik Ngembangkeun Pendekatan Komputasi pikeun Simulasi Interaksi Cahaya-Matéri

Panaliti di Universitas Tsukuba di Jepang parantos ngembangkeun pendekatan komputasi énggal pikeun simulasi interaksi antara zat sareng cahaya dina skala atom. Interaksi zat cahaya ieu sering dianggo pikeun nyiptakeun téknologi sapertos laser, dioda pemancar cahaya (LED), sareng jam atom. Sanajan kitu, pendekatan komputasi aya pikeun modeling interaksi ieu mindeng diwatesan dina usefulness jeung kamampuhan.

Ulikan anyar ieu diterbitkeun dina The International Journal of High Performance Computing Aplikasi. 

Métode Komputasi Kacida-Efisien

Panaliti ngajéntrékeun métode énggal anu éfisién pisan pikeun simulasi interaksi zat cahaya dina skala atom. 

Salah sahiji alesan interaksi ieu hésé pisan pikeun simulasi nyaéta yén fénoména anu aya hubunganana sareng interaksi ngalibatkeun seueur daérah fisika anu béda, sapertos rambatan gelombang cahaya sareng dinamika éléktron sareng ion dina materi. Tangtangan anu sanés nyaéta yén fénoména tiasa nutupan rentang panjang sareng skala waktos. 

Dua Métode misah

Sifat multifisika jeung multiskala tina masalah hartina interaksi materi cahaya biasana dimodelkeun ku dua métode komputasi misah. Metodeu munggaran ieu disebut analisis éléktromagnétik, sareng éta ngalibatkeun médan éléktromagnétik cahaya anu ditalungtik. Anu kadua nyaéta itungan kuantum-mékanis tina sipat optik zat. 

Dua metode ieu nganggap yén médan éléktromagnétik lemah sareng aya bédana dina skala panjangna.

Profesor Kazuhiro Yabana nyaéta panulis senior pangajaran.

"Pendekatan kami nyayogikeun cara anu ngahijikeun sareng ningkat pikeun nyontoan interaksi materi cahaya," saur Yabana. "Kami ngahontal prestasi ieu ku cara ngarengsekeun tilu persamaan fisika konci sakaligus: persamaan Maxwell pikeun médan éléktromagnétik, persamaan Kohn-Sham gumantung kana waktos pikeun éléktron, sareng persamaan Newton pikeun ion."

Panaliti ngandelkeun parangkat lunak in-house na SALMON (Scalable Ab initio Light-Matter simulator for Optics and Nanoscience) pikeun nerapkeun metodeu. Aranjeunna dioptimalkeun kode komputer simulasi pikeun maksimalkeun pungsi kinerja na saméméh nguji kode ku modeling interaksi light-matéri dina pilem ipis silikon dioksida amorf. Film ipis silikon dioksida amorf ieu diwangun ku leuwih ti 10,000 atom. 

Simulasi dilaksanakeun ngagunakeun ampir 28,000 titik Fugaku, nyaéta superkomputer panggancangna di dunya anu aya di RIKEN Center for Computational Science di Kobe, Jepang.

"Kami mendakan yén kode kami épisién pisan, ngahontal tujuan sadetik per léngkah waktos tina itungan anu diperyogikeun pikeun aplikasi praktis," saur Profesor Yabana. "Kinerja ieu deukeut ka nilai maksimum na mungkin, diatur ku rubakpita memori komputer, sarta kode nu boga sipat desirable scalability lemah alus teuing."

Pendekatan anyar ieu tiasa dianggo pikeun ngajalajah fenomena anu béda dina optik skala nano sareng fotonik.