Méthodes ab initio pour les nanosciences L'apport des ondelettes

Documents pareils
Joints de grains : couplage entre modélisation et microscopie électronique haute résolution

Les lières. MSc in Electronics and Information Technology Engineering. Ingénieur civil. en informatique. MSc in Architectural Engineering

Sophie Guézo Alexandra Junay

Laboratoire de Photophysique et de Photochimie Supra- et Macromoléculaires (UMR 8531)

De l effet Kondo dans les nanostructures à l électronique de spin quantique. Pascal SIMON

Le monde nano et ses perspectives très prometteuses.

De la micro à la nano-électronique

Groupe Nanostructures et Systèmes Quantiques

DEPARTEMENT DES SCIENCES PHYSIQUES

Arrêt sur image. La simulation numérique au programme de l industrie

L PRESENTATION GENERALE SCPIO

FORMATION CONTINUE SUR L UTILISATION D EXCEL DANS L ENSEIGNEMENT Expérience de l E.N.S de Tétouan (Maroc)

Modélisation prédictive et incertitudes. P. Pernot. Laboratoire de Chimie Physique, CNRS/U-PSUD, Orsay

Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence

MODELE DE PRESENTATION DU PROJET

INSTITUT INTERDISCIPLINAIRE D INNOVATION TECHNOLOGIQUE (3IT)

Qu est-ce qu un ordinateur quantique et à quoi pourrait-il servir?

Nanotechnologies et Chimie. Armand LATTES Professeur Emérite à l Université Paul Sabatier

MEMOIRE Présenté pour l obtention du diplôme de MAGISTER EN : PHYSIQUE Spécialité : Matériaux & Composants

Physique Chimie. Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l oral pour interpréter les formules chimiques

TABLE DES MATIÈRES CHAPITRE I. Les quanta s invitent

Programme consultant expert (PCE)

PHYSIQUE Discipline fondamentale

Convergence des programmes qualité Qualitéet Recherche UMR 6284 CNRS ISIT JEAN-YVES BOIRE

Parrainage par Monsieur Philippe PAREIGE de notre classe, presentation des nanotechnologies.

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

Master de Bioinformatique et Biologie des Systèmes Toulouse Responsable : Pr. Gwennaele Fichant

Semestre 9 : Cours fondamentaux

LICENCE PHYSIQUE, CHIMIE EN L3 :

Architecture distribuée

et des sciences du vivant. Les microtechnologies

Application à l astrophysique ACTIVITE

Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et des Nanostructures de Lyon

Dossier pédagogique. Nanotechnologies

de suprises en surprises

Dynamique des protéines, simulation moléculaire et physique statistique

Comment réaliser physiquement un ordinateur quantique. Yves LEROYER

Retour d expérience, portage de code Promes dans le cadre de l appel à projets CAPS-GENCI

De la sphère de Poincaré aux bits quantiques :! le contrôle de la polarisation de la lumière!

Application des technologies de pointe pour la durabilité et autosuffisance des populations isolées

Défi Transition énergétique : ressources, société, environnement ENRS Projet Exploratoire PALEOSTOCK

Présentation du programme. de physique-chimie. de Terminale S. applicable en septembre 2012

Simulations numériques de figures de diffractions à l'usage de la sixième secondaire et du premier baccalauréat

Comment expliquer ce qu est la NANOTECHNOLOGIE

DATE DU CONCOURS: SAMEDI 18 OCTOBRE

NOTICE DOUBLE DIPLÔME

JOURNÉES NATIONALES NANOSCIENCES ET NANOTECHNOLOGIES

Microscopies Électroniques

La «smart valley» De Minatec à GIANT en passant par Campus et Minalogic 21/01/2010. Micro- nanotechnologies and embedded software Nanoelectronics

Section «Maturité fédérale» EXAMENS D'ADMISSION Session de février 2014 RÉCAPITULATIFS DES MATIÈRES EXAMINÉES. Formation visée

MaiMoSiNE Maison de la Modélisation et de la Simulation : Nano Sciences et Environnement

La maison de la simulation

La Royal Society & la Royal Academy of Engineering. de Grande-Bretagne se prononcent sur les nano-technologies

Photons, expériences de pensée et chat de Schrödinger: une promenade quantique

Centre Universitaire LA CITADELLE 220, avenue de l Université B.P DUNKERQUE CEDEX 1 GUIDE DES ETUDES LICENCE PROFESSIONNELLE

Théorie des multiplets! appliquée à! la spectroscopie d ʼabsorption X!

PLATE-FORME DE MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE À TRANSMISSION

Ecole d été des spectroscopies d électrons.

APPEL à MANIFESTATIONS D INTERET (AMI) INVESTISSEMENTS D AVENIR EDITION 2010

Enova Le technorama de la REE. Jean-Pierre HAUET Rédacteur en Chef REE. Le 11 septembre 20141

Structure quantique cohérente et incohérente de l eau liquide

MABioVis. Bio-informatique et la

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

Premiers pas dans le «nano-monde»

Dossier justificatif des travaux de R&D déclarés au titre du CIR

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

Conception et Intégration de Systèmes Critiques

LES NANOMATERIAUX. Groupe 2 PRST2 2012

Calcul Haute Performance & Données

Conception de réseaux de télécommunications : optimisation et expérimentations

Projet IGGI. Infrastructure pour Grappe, Grille et Intranet. Fabrice Dupros. CASCIMODOT - Novembre Systèmes et Technologies de l Information

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

Figure 1 : Diagramme énergétique de la photo émission. E B = hν - E C

Sciences Humaines et Sociales. Informatique et applications. VIGNERON Vincent STIC Traitement du signal et des images

Rencontre sur la thématique du Calcul Haute Performance - 13 juin Better Match, Faster Innovation

:SPECIMEN SPECIMEN SUPPLÉMENT AU DIPLÔME (ANNEXE DESCRIPTIVE AU DIPLÔME)

Simulation des processus moléculaires à la surface de la glace.

EXERCICE II. SYNTHÈSE D UN ANESTHÉSIQUE : LA BENZOCAÏNE (9 points)

4.2 Unités d enseignement du M1

1 ère partie : tous CAP sauf hôtellerie et alimentation CHIMIE ETRE CAPABLE DE. PROGRAMME - Atomes : structure, étude de quelques exemples.

Etude des nanofils en trois dimensions et à l échelle atomique par sonde atomique tomographique.

Alphonse Carlier, Intelligence Économique et Knowledge Management, AFNOR Éditions, 2012.

Conception des systèmes répartis

Introduction au maillage pour le calcul scientifique

en nanosciences Larecherche en France Investissement d avenir pour les nano-biotechnologies :

AXES DE RECHERCHE - DOMAINE D'INTERET MAJEUR LOGICIELS ET SYSTEMES COMPLEXES

Resolution limit in community detection

TP N 3 La composition chimique du vivant

Filière MMIS. Modélisation Mathématique, Images et Simulation. Responsables : Stefanie Hahmann, Valérie Perrier, Zoltan Szigeti

La Recherche du Point Optimum de Fonctionnement d un Générateur Photovoltaïque en Utilisant les Réseaux NEURO-FLOUS

MAIDESC - KO 21 Novembre 2013 Etienne Wey Alexandre Boilley

Fès. Licences Fondamentales. Filière SMC : Sciences de la Matière Chimie Coordonnateur : Pr. Mohammed KHALDI

MANAGEMENT DES SYSTEMES D INFORMATION ET DE PRODUCTION MSIP

Note de cadrage du PEPI MACS Mathématiques Appliquées & Calcul Scientifique

Chapitre 4 - Spectroscopie rotationnelle

Dynamique moléculaire ab initio en base locale : principes et applications.

CORAC : Appels à partenariat Propulsion

Notice d Utilisation du logiciel Finite Element Method Magnetics version 3.4 auteur: David Meeker

Formation et diplômes en Electronique et en Informatique

UviLight XTW Spectrophotomètre UV-Vis

Transcription:

Méthodes ab initio pour les nanosciences L'apport des ondelettes Thierry Deutsch CEA Grenoble, DSM/INAC Nano : objets et technologies L. Genovese, S. Goedecker, M. Ospici CEA-Grenoble DSM/INAC T. Deutsch Journées Teratec - 4/6/2008 Quelques «briques de base» en nanosciences... Molécules : Agrégats, nanocristaux : Nanotubes de carbone, nanofils : CEA-Grenoble DSM/INAC T. Deutsch Journées Teratec - 4/6/2008 1

Les enjeux de la simulation numérique en nanosciences Simulation atomistique nécessaire à l'échelle du nanomètre. Deux enjeux : Modéliser les propriétés électroniques et mécaniques des matériaux à l'échelle atomique pour : Affiner notre compréhension de la physique des dispositifs actuels. Anticiper et repousser les limites des technologies émergentes. P. Pochet et al., PRL 2006 N. Bernstein and D. W. Hess, PRL 2003 Comment les lacunes migrent-elles dans le silicium? Comment une fracture se propage-t-elle à l'échelle atomique? Les enjeux de la simulation numérique en nanosciences Simulation atomistique nécessaire à l'échelle du nanomètre. Deux enjeux : Modéliser les propriétés électroniques et mécaniques des matériaux à l'échelle atomique pour : Affiner notre compréhension de la physique des dispositifs actuels. Anticiper et repousser les limites des technologies émergentes. Simuler les nano-objets pour comprendre et optimiser leurs propriétés: Structurales, Optiques, [Sources de lumière, photovoltaïque...] de Transport... [Nanoélectronique] 2

Problèmes à résoudre Thématiques Nanoscope structure & procédés Nanospectromètres propriétés Électronique du futur CMOS ultime Nano-objets nanofils, nanotubes Électronique moléculaire Spintronique Diffusion, implantation, substrat (SOI), gate stack, channel Composition, auto-organisation (3D) Greffage, fonctionnalisation Structure magnétique Effets quantiques, transport électronique optique, thermo-électricité Cycle d hystérésis, transport de spin NEMS Conception Transfert thermique, effet de charge, mécanique Nanocaractérisation Structures et défauts Spectroscopie, microscopie Les moyens de la simulation numérique en nanosciences Nombre atomes > 10 000 000 Approches «multi-échelles» Milieux continus (non atomistique) Exemples : Élasticité continue, masse effective 1 000 000 100 000 10 000 1 000 100 10 Méthodes «semi-empiriques» Hamiltoniens simplifiés & paramétrés Mécanique classique/quantique Exemples : Potentiels inter-atomiques (structure) Liaisons fortes (propriétés électroniques) Monte-Carlo (cinétique, statistique) Méthodes «ab initio» Pas de «paramètres ajustables» ( «pas d'approximations») Mécanique quantique 1 Exemple : Théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). 3

Les méthodes ab initio La théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) Calcule l énergie totale d'un solide ou molécule dans son état fondamental (Hohenberg & Kohn 1964, Kohn & Sham 1965). Une fonction d'onde (champ de valeurs, ψ) par électron Calculs intensifs (10 à 1 000 atomes) selon les calculateurs Représentation des fonctions d'onde : deux grandes familles Ondes planes physique (matériaux) Système périodique Maillage uniforme Mauvaise parallélisation FFT (beaucoup de petits transferts) Excellent conditionnement Pas ordre N Gaussiennes chimie (molécules) Bases localisées à adapter Non systématique Mauvais conditionnement Pas ordre N Nécessité d'une base en espace réel pour Adaptivité du maillage Parallélisation massive (accélération) Meilleure base mathématique (propriété d'échelle) Les ondelettes 4

Scalabilité des codes FFT: maximum 100 processeurs dépend fortement du réseau et du processeur Temps en fonction du nombre de processeurs pour des gaussiennes Projet européen BigDFT (FP6-STREP-NEST 511815) Avoir un code précis et performant, parallèle pour le calcul de la structure électronique de grands systèmes Fonctions d'échelle : (propriété d'échelle) Ondelettes : différence entre 2 niveaux 4 partenaires: DSM/INAC (coordinateur, physique) Université de Bâle (algorithme) Université de Louvain (ABINIT) Université de Kiel (mathématiques) + projet ANR LN3M (approche multi-échelle): Concilier des avancées en mathématiques (ondelettes), algorithmiques (calcul parallèle) pour la physique et la chimie 5

Adaptativité du maillage Maillage adaptatif: raffiner où c'est nécessaire Ajuster automatiquement en fonction des propriétés à étudier (ex: photo-émission) ou des conditions aux bords (solide, surface, fil, solutions,...) 6

Ajuster la précision du maillage Plus efficace que les ondes planes 7

Faits marquants avec les ondelettes Prise en compte de l'électrostatique (effet des charges) Précis et rapide Système isolé : J. Chemical Physics 2006 Surfaces : J. Chemical Physics 2007 Faits marquants avec les ondelettes Calcul de systèmes avec une précision inégalée protéines molécules de porphyrine (Zn, Ni, Mn 2+,Mn 3+ ) 145 atomes deux configurations : fermée ou ouverte (mémoire) Zn, Mn 2+ Ni, Mn 3+ 8

Adapter au calcul massivement parallèle Utilisation des architectures hybrides (CPU, GPU) Initiative d'utilisation des cartes graphiques (INRIA) : convolutions 3D sur 8800 GTX et Tesla multi-gpu M. Ospici, L. Genovese, J.F. Méhaut 9

Comportement cubique Vers les algorithmes linéaires en nombres d'atomes Utiliser des régions de localisation 10

Vers les algorithmes linéaires en nombres d'atomes Utiliser des régions de localisation Conclusions Réduction de la dimension caractéristique des nanostructures + Développement de méthodes performantes + Augmentation des puissances de calcul Vers une simulation prédictive à l'échelle atomique pour : Mieux comprendre la physique de ces systèmes (transférabilité) & Optimiser leurs propriétés 11