Аннотация.

Многомасштабная молекулярная динамика систем наномагнитов исследуется путем численного моделирования c параллельными алгоритмами. Создана параллельная версия моделирующего программного кода, который обеспечивает проведение исследований регулирования времени переключения магнитного момента наноструктуры, влияния фактора геометрии нанокристалла, магнитодинамики наноточки. Получены оценки ускорения и эффективности реализованных алгоритмов по сравнению с последовательными алгоритмами. Показано, что применение суперкомпьютерных технологий при решении указанных задач спиновой динамики позволяет моделировать системы, состоящие из тысяч магнитных наночастиц.

Ключевые слова:

высокопроизводительные вычисления, параллельные алгоритмы, математическое моделирование, когерентные эффекты, магнитные наноструктуры.

Стр. 25-34.

A.G. Demenev, T.C. Belozerova, P.V. Kharebov, V.K. Henner, E.K. Khenner

"Use of supercomputer to solve problems of magnetodynamics and of coherent processes in magnetic nano-structures"

Multi-scale molecular dynamics of systems of nanomagnets is investigated by numerical simulation with parallel algorithms using. The parallel version of the modeling Fortran program was created using an application programming interface OpenMP. Created parallel code provides the next types of research: study of the possibility of regulation time of switching of the magnetic moment of the nanostructure; estimation of the role of nanocrystal geometry on the super-radiation of 1-, 2- and 3-dimensional objects; study of magnetodynamics of a nanodots inductively coupled with the passive resonator; depending on the solution from initial orientation of the magnetic moment in order to find the configurations for which the super-radiance and radiative damping are maximal. The estimates of speedup and efficiency of implemented algorithms in comparison with direct algorithms have been obtained. It is shown that the use of supercomputing technology for problems of spin dynamics allows to provide simulations for spin systems which include thousands of magnetic nanoparticles.

Keywords: high-performance computing, parallel algorithms, mathematical modeling, coherent effects, magnetic nano-structures. 

 Полная версия статьи в Формате pdf.

REFERENCES

1. Belozerova T. S., Khenner E.K. (1984). Dipole spin glasses: investigation by Monte-Carlo method. Soviet Physics, Solid State, no. 26(1), pp.83-88.
2. Demenev A.G., Khenner E.K. Metod chislennogo modelirovanija spinovoj dinamiki v magnitorazbavlennyh tverdyh telah [Method of numerical modeling of spin dynamics in magnetically diluted solids]. Radiospectroskopia, no 21, Perm State University, 1993, pp. 6-16. (in Russ.)
3. Belozerova T. S., Davis C. L., Henner V. K. (1998). Role of inhomogeneous widening in radiofrequency coherent superradiation from highly polarized spin systems. Phys. Rev. B 58, 3111-3116.
4. Yukalov V. I., Henner V. K., Kharebov P. V., Yukalova E. P. (2008).Coherent spin radiation by magnetic nanomolecules and nanoclusters. Laser Phys. Lett. 5, 887-893.
5. Yukalov V. I., Henner V. K., Kharebov P. V. (2008). Coherent spin relaxation in molecular magnets. Phys. Rev. B 77, 134427-134448.
6. Davis C. L., Henner V. K., Tchernatinsky A. V., Kaganov I. V. (2005). Spin-system radio-frequency superradiation: a phenomenological study and comparison with numeric simulations. Phys. Rev. B 72, 054406-054415.
7. Kumar V., Gupta A. (1994). Analyzing scalability of parallel algorithms and architectures. Journal of Parallel and Distributed Computing. 22(2), 379-391.
8. Voevodin V.V., Voevodin Vl., V. Parallel'nye vychislenija [Parallel computing]. S.-Petersburg, BHV-Petersburg, 2002. 608 p. (in Russ.)
9. Miller R. Algorithms sequential and parallel: a unified approach. Prentice-Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2000. (Translated into Russian in 2007: BINOM. Laboratory of knowledge. 2006. 406 p.)
10. Demenev A.G. Analiz parallel'nyh vychislitel’nyh algoritmov [Analyses of parallel computing algorithms]. Perm State University, 2007. 43 p. (in Russ.)