Работа выполнена при поддержки гранта РНФ в рамках проекта № 22-71-10022
Участники проекта
Лаборатория информационных технологий им. М.Г. Мещерякова:
- Стрельцова О.И.
- Нечаевский А.В.
- Башашин М.В.
- Зуев М.И.
- Рахмонова А.Р.
- Кокаев Д.А.
Лаборатория теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова:
- Куликов К.В.
- Шукринов Ю.М.
- Абдельгани Маджед Нашаат
- Рахмонов И.Р.
Цели проекта:
В рамках совместного проекта ЛИТ и ЛТФ ОИЯИ разрабатывается информационно- вычислительная среда для исследования систем, основанных на джозефсоновских переходах на базе Jupyter с использованием Python-библиотек и с размещением материалов средствами Jupyter Book. Целью настоящего проекта является разработка единой среды для моделирования гибридных наноструктур сверхпроводник/магнетик, предоставляющей доступ к решателям и разработанным алгоритмам, и базирующейся на гетерогенной парадигме вычислений, а также проведение актуальных теоретических исследований с ее использованием.
Разработанная вычислительно-информационная среда развернута на базе экосистемы ML/DL/HPC Гетерогенной платформы HybriLIT (ЛИТ ОИЯИ). На этом ресурсе добавлены реализованные модели, с подробным описанием всех этапов математического моделирования и реализации вычислительных схем. В том числе приведены вспомогательные материалы по численному решению возникающих задач, примеры использования библиотек для символьных и численных расчетов, библиотек для организации параллельных вычислений.
Проект направлен на математическое моделирования гибридных джозефсоновских структур состоящих из сверхпроводников и магнетиков. Актуальность проведенных работ связано с приложением гибридных джозефсоновских структур в сверхпроводниковой спинтронтронике. Примерами таких структур может быть S/F/S джозефсоновский переход или молекулярные наномагниты, связанные с джозефсоновскими переходами. Теоретические исследования динамики подобных структур требует численного решения большого количества нелинейных уравнений, поэтому для их решения целесообразно использовать специализированные программные среды и пакеты программ. Для численного моделирования гибридных наноструктур сверхпроводник/магнетик, в первую очередь, необходимо определить тип специфического взаимодействия между магнитной и сверхпроводящей подсистемами. В ряде случаев это подразумевает расчет магнитной динамики под действием внешнего эффективного поля, свойства которого напрямую от нее зависят. Следовательно, пользователь должен иметь возможность задавать внешнее поле, зависящее не только от времени и положения в пространстве, но и от намагниченности в каждой расчетной точке, что многократно увеличивает сложность и времязатратность таких вычислений.
Bifurcation structure and chaos in dynamics of nanomagnet coupled to Josephson junction Chaos, Chaos 32, 093142 (2022)
M. Nashaat, M. Sameh, A. E. Botha, K. V. Kulikov, Yu. M. Shukrinov
Toolkit in Python for Simulation of Shapiro Step on the Current–Voltage Characteristic of a Josephson Junction
Physics of Elementary Particles and Atomic Nuclei, V.55, №3, 528–531, 2024
А. Рахмонова, И. Рахмонов, О. Стрельцова и М. Зуев
Buzdin, Shapiro, and chimera steps in Phi-0 Josephson junctions
Phys. Rev. B, 109, 024511 (год публикации — 2024). DOI: 10.1103/PhysRevB.109.024511
Ю. М. Шукринов, Е. Коваленко, Я. Текич, К. Куликов и М. Нашаат
Simulation of the magnetization reversal effect depending on the current pulse duration within the φ0 Josephson junction model using MPI and OpenMP parallel computing techniques
Physics of Elementary Particles and Atomic Nuclei, V.55, №3, 498-501, 2024
М.В. Башашин, Е.В. Земляная, И.Р. Рахмонов
Учебные курсы в рамках Школы по информационным технологиям ОИЯИ
Школа по информационным технологиям ОИЯИ направлена на вовлечение молодых специалистов в решение задач различных областей науки с применением высокопроизводительных и распределенных вычислений, методов и алгоритмов анализа данных, современных информационных технологий.
В рамках Осенней школы был проведен практическое занятие по результатам проведенных исследований в рамках проекта:
- «Инструментарий для исследования систем, основанных на джозефсоновских переходах» (скачать буклет)
- Хакатон по математическому моделированию.
Инструментарий для математического моделирования джозефсоновских структур
В рамках проекта был разработан пакет инструментов в виде Jupyter Notebook, которые размещены в формате электронных публикаций Jupyter Book на ресурсах Платформы HybriLIT. Подготовленные материалы позволяют проводить учебные курсы для пользователей, сотрудников ОИЯИ и студентов.