Warsztaty modelowania w nanofizyce

Paweł T. Jochym

Zakład Komputerowych Badań Materiałów

Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków

Prezentację można śledzić równolegle pod adresem: https://goo.gl/Nj8tah

Materiały pomocnicze do warsztatów mają formę zbioru zeszytów Jupyter dostępnych w publicznym repozytorium: https://goo.gl/5JKOJK

Kompletne środowisko do ćwiczeń wraz prezentacją i danymi znajduje się w serwisie binder (https://goo.gl/RsOgwu).

Plan

• Środowisko
• Schemat pracy
• Wyliczenie struktury nanocząstki
• Dynamika molekularna nanocząstki
• Termodynamika nanocząstki

Środowisko pracy

Istnieje wiele sposobów organizacji pracy przy obliczeniowych badaniach materiałów. Kilka z nich można zobaczyć w pozostałych wykładach. Moja prezentacja posługuje się systemem Jupyter, który pozwala na mieszanie dokumentacji/notatek z kodem służącym do analizy danych, a także na przygotowanie materiału do prezentacji (jak np. slajdy które państwo widzą czy tekst artykułu).

Środowisko pracy składa się z następujących elementów:

• System kolejkowy (wykonujacy zadania)

• Serwer zarządzający (pozwalający zlecać zadania)

• Serwer Jupyter (z nim łączymy się przeglądarką)

• Terminal/klient (np. laptop z przeglądarką WWW)

Uwaga: Tylko ostatnie dwa elementy dostępne są w paczce z serwisu binder - zawiera ona jedynie wyniki już przeprowadzonych obliczeń

Cykl życia publikacji w dziedzinie fizyki obliczeniowej

• Nie ma wielkiej różnicy między badaniami eksperymentalnymi a teoretycznymi
• Programy obliczeń z pierwszych zasad pełnią rolę aparatury eksperymentalnej
• Cykl obliczeń, wizualizacji, interpretacji i modyfikacji obliczeń powtarza się wielokrotnie

• Ważna jest dokumentacja etapów pracy
• Dobrze gdy ostateczna publikacja budowana jest jednocześnie z produkcją wyników

Podsumowanie

• Obliczenia z pierwszych zasad rzadko dostarczają bezpośrednio mierzalnych wielkości fizycznych.
• Analiza i dalsze przetwarzanie danych uzyskanych metodami obliczeniowej mechaniki kwantowej są tak samo ważne jak same obliczenia z pierwszych zasad.
• Wygodne środowisko i bogata biblioteka funkcji może znacząco usprawnić proces analizy uzyskanych wyników.

• Należy pamiętać że komputery pracują w systemie:

  Ś-Ś (Śmieci na wejściu - Śmieci na wyjściu)

• Chwila zastanowienia jest niejednokrotnie więcej warta niż miesiące obliczeń

Wszystkie obliczenia prowadzące do pokazanych wyników, oraz wszystkie konieczne dane są dostępne w plikach źródłowych oraz materiałach ćwiczeniowych. Wszystkie materiały można znaleźć pod adresem: https://goo.gl/5JKOJK

Dziękuję za uwagę!

Zapraszam na ćwiczenia praktyczne!