آزمایشگاه شبیه سازی مواد

آزمایشگاه شبیه­ سازی مواد دانشگاه علم و صنعت ایران در سال ۱۳۹۳ تأسیس شده است و هم اکنون این آزمایشگاه در دانشکده فیزیک مستقر می­باشد. این مرکز با بهره­گیری از اساتید مجرب و دانشجویان تحصیلات تکمیلی دانشگاه علم و صنعت ایران  و سایر دانشگاههای کشور در زمینه شبیه سازی و مشخصه­یابی انواع مواد شامل مواد مغناطیسی، نیمرساناها، مواد زیستی، نانو مواد، آلیاژها، آلوده کننده­های محیط زیست، ترکیبات نفتی و غیره در دو سطح کوانتومی و کلاسیکی  فعالیت دارد. در روش شبیه­سازی یک ماده به کمک مدل­­های فیزیک محاسباتی می­توان به ایجاد و آنالیز  ماده  در یک ماشین محاسباتی برای اجرای آن در دنیای واقعی اقدام کرد. ماده ترکیبی از اتم­هاست و خواص فیزیکی آنها بوسیله برهمکنشهای پیچیده بین اتم ها و الکترون­ها اندازه­گیری می­شود. دانشمندان از مکانیک کوانتومی برای محاسبه نیروهای بین اتم ها و رفتار الکترون ها در مواد استفاده می کنند. در گستره علم شبیه سازی مواد می­توان سه نظریه را نام برد که بیشترین سهم را در  محاسبات و آنالیز مواد دارا هستند.  این سه نظریه شامل  روش مونت کارلوی کوانتومی – روش دینامیک مولکولی و  روش نظریه تابعی چگالی می باشند. در بازه دماهای پایین از نظریه تابعی چگالی و مونت کارلوی کوانتومی و در دماهای بالاتر از دینامیک مولکولی در توصیف سیستم های بس ذره ای استفاده می شود .سه روش فوق در آزمایشگاه شبیه سازی مواد مورد استفاده قرار می گیرند.  برای انجام این محاسبات از ابر رایانه استفاده می شود.  نقش ابررایانه در علوم و مهندسی که با محاسبات پیچیده سرو کار دارند، بسیار پررنگ تر است . در محاسبه مواد با افزایش تعداد اتم ها میزان بر همکنش بین الکترون ها و اتم ها افزایش می یابد بنابراین برای بررسی این میزان برهمکنش ها نمی توان از کامپیوترهای ساده استفاده کرد و نیازمند به استفاده از ابر کامپیوتر ها می باشد.  برنامه های محاسباتی که برای انجام محاسبات حجیم و زمان بر مورد استفاده قرار می­گیرند دارای قابلیت پردازش موازی برای انجام محاسبات بوده و قادر میباشند که به صورت همزمان از چندین پردازشگر محاسباتی استفاده نمایند . این امر با استفاده از تقسیم محاسبات ، توزیع آنها بین هسته های محاسباتی ابر کامپیوتر و نهایتاً جمع آوری نتایج توسط نرم افزار پردازش موازی صورت می­پذیرد. در برخی موارد نیاز است که یک برنامه محاسباتی به دفعات زیاد و با داده های ورودی مختلف اجرا شده تا نتایج برای شرایط مختلف مقایسه گردد.  در این حالت نیز استفاده از ابررایانه می­تواند بسیار مفید باشد و می توان زمان اجرای کل محاسبات مورد نیاز را با بهره گیری همزمان از تعداد زیادی پردازشگر موجود در ابررایانه کاهش داد. هم اکنون آزمایشگاه شبیه سازی مواد دانشگاه از امکانات ابر رایانه دنا که توسط متخصصین همین مرکز طراحی و اجرا گردیده است بهره می برد.