HPC-Cluster-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Forscherinnen und Forscher im Bereich Rechnergestützte Optoelektronik und Photonik haben das HPC-System für die Modellierung und Analyse optischer und elektronischer Eigenschaften von Festkörpern und Nanostrukturen genutzt. Um diese Licht-Materie Wechselwirkung zu untersuchen, kommen Konzepte aus der mikroskopischen Quantentheorie zum Einsatz. Dazu werden die Dichtematrixmethode, Mastergleichungen und verwandte Ansätze zur Beschreibung der dynamischen Eigenschaften der Materie eingesetzt und mit Methoden zur Simulation der elektromagnetischen Nahfelddynamik kombiniert. Das HPC-System OCuLUS wurde in diesem Bereich für die Durchführung der Großprojekte SFB TRR 142, DFG GRK 1464 und DFG SPP 1839 eingesetzt. Die Forschung im Bereich Rechnergestützte Materialwissenschaften setzt das HPC-System für die Vorhersage und das physikalische Verständnis von Materialeigenschaften mittels ab-initio- Verfahren wie Dichtefunktionaltheorie, Vielteilchen-Störungstheorie und Molekulardynamik ein. Für ingenieur-wissenschaftliche Anwendungen im Leichtbau werden mithilfe einer Mehrskalen- Modellierung die makro-, meso-, und mikrostrukturellen Eigenschaften zur Auslegung von Hybrid- Materialien beschrieben und durch Finite-Elemente Methoden sowie klassische Molekulardynamik simuliert und optimiert. Projekte in diesem Bereich, welche das OCuLUS HPC-System intensiv genutzt haben sind die Forschergruppen DFG FOR 1405, DFG FOR 1700, DFG SPP 1601, DFG D-A-CH Verbundprojekt I 958, BMBF Projekt SkaSim, sowie der zuvor erwähnte SFB TRR 142. Mehrere Anwendergruppen der Universität Paderborn nutzten das System für methodische Forschung im Gebiet der Simulationscode-Entwicklung. Im Fokus dieser Arbeiten stehen methodische Verbesserungen der genutzten Simulationsverfahren (z.B. Optimierung molekularer Modelle für die Molekulardynamik) und Verbesserung von Performance und Skalierbarkeit (z.B. hybride Parallelisierungsstrategien mit MPI/OpenMP bzw. OpenACC). Neben der Entwicklung eigener Simulationscodes tragen die in diese Arbeiten eingebundenen Forschungsgruppen auch maßgeblich zur Mitentwicklung weitverbreiteter massiv-paralleler Anwendungssoftware bei, z.B. CP2K, ls1 MarDyn, ms2 und QuantumESPRESSO. Im Rahmen dieser Projekte, wird das HPC-System zur Validierung der weiterentwickelten Codes in Bezug auf ihre Qualität und Skalierungseigenschaften eingesetzt. Neben den zuvor beschriebenen Arbeiten aus den Schwerpunktbereichen der Universität Paderborn wurde das HPC-System auch für weitere Forschungsarbeiten aus etablierten HPC-Anwendungsfeldern (Natur- und Ingenieurwissenschaften) genutzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Distributed Monte-Carlo Tree Search: A Novel Technique and its Application to Computer G; IEEE Transactions on Computational; Intelligence and AI in Games, 6(3) (2014)
L. Schaefers and M. Platzner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/TCIAIG.2014.2346997) - Numerical simulation of rising droplets in liquid-liquid systems: A comparison of continuous and sharp interfacial force models; International Journal of Heat and Fluid Flow (2014)
R.F.Engeberg, E.Y. Kenig
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2014.05.003) - A quantum dot single-photon source with on-the-fly all-optical polarization control and timed emission; Nature Communications (2015)
D. Heinze, D. Breddermann, A. Zrenner, S. Schumacher
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms9473) - Creation of vortices by torque in multidimensional media with inhomogeneous defocusing nonlinearity; Scientific Reports 5 (2015)
R. Driben, T. Meier, B.A. Malomed
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/srep09420) - Equation of state for the Lennard-Jones fluid; Journal of Physical and Chemical Reference Data (2016)
M. Thol, G. Rutkai, A. Köster, R. Lustig, R. Span, J. Vrabec
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4945000) - Impurity-Mediated Early Condensation of a Charge Density Wave in an Atomic Wire Array; ACS Nano 10, 810 (2016)
H.W. Yeom, D.M. Oh, S. Wippermann, W.G. Schmidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acsnano.5b05925) - LiNbO3 electronic structure: Many-body interactions, spin-orbit coupling, and thermal effects; Phys. Rev. B 93, 075205 (2016)
A. Riefer, M. Friedrich, S. Sanna, U. Gerstmann, A. Schindlmayr, W.G. Schmidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.075205) - Quantum Ring-Polymer Contraction Method: Including nuclear quantum effects at no additional computational cost in comparison to ab-initio molecular dynamics; Phys. Rev. E 93, 043305 (2016)
C. John, T. Spura, S. Habershon, T.D. Kühne
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevE.93.043305) - Second harmonic generation spectroscopy on hybrid plasmonic Light; Science & Applications (2016)
H. Linnenbank, Y. Grynko, J. Förstner, S. Linden
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/lsa.2016.13) - Thermal dilepton rates and electrical conductivity of the QGP from the lattice; Phys. Rev. D
H.-T.Ding, O. Kaczmarek, F. Meyer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.94.034504)
