Высокопроизводительные интеллектуальные подходы к изучению сложных магнитных систем
Название проекта:
Высокопроизводительные интеллектуальные подходы к изучению сложных магнитных систем
Номер соглашения:
21-72-00058
Руководитель проекта:
Капитан Виталий Юрьевич
Сроки выполнения:
28.07.2020-30.06.2023
Основные полученные результаты:
В ходе выполнения проекта, было разработано программное обеспечение для моделирования магнитных скирмионов с использованием алгоритма Метрополиса для спиновой модели Гейзенберга. Изучены процессы спонтанного зарождения и аннигиляции скирмионов, а также получены данные о параметрах моделирования скирмионов на различных двумерных решетках. Предложен метод управления положением скирмионов с помощью контроля градиента внешнего магнитного поля. Коллективом данного проекта, было создано суперкомпьютерное ПО на основе Ограниченной машины Больцмана и Графовой нейронной сети для предсказания основного состояния спиновых стекол. Проведена успешная верификация работы нейросетевого алгоритма в сравнении с известными результатами. В ходе выполнения проекта, были опубликованы три работы в научных изданиях, индексированных в БД RSCI, Scopus и Web of Science. Получено одно Свидетельство о регистрации Программы ЭВМ. Результаты были представлены на международных конференциях, опубликованы тезисы докладов конференций. Магистр Алена Король и аспирант Егор Васильев показали высокий уровень квалификации и умения достигать поставленных перед ними целей, как с точки зрения практических результатов, связанных с разработкой научного программного обеспечения для суперкомпьютеров, так и последующей апробации полученных результатов на научных конференциях различных уровней, и при подготовке научных статей. Планируется защита магистерской ВКР в 2023 г., и кандидатской диссертации в 2024 г. под моим руководством, в том числе по результатам данного проекта. Таким образом, все поставленные в проекте задачи были успешно решены и запланированные к получению научные результаты достигнуты в полном объеме. Научная значимость созданных программ суперкомпьютерных комплексов для проведения исследований в рамках проекта, определяется возможностью решения актуальных задач физики конденсированного состояния в области прогнозирования и управления свойствами создаваемых материалов, а также внесет существенный вклад в развитие фундаментальных знаний о наномире и происходящих в физических процессах, что ускорит переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям при создании новых материалов, внедрение систем обработки больших объемов данных и методов машинного обучения и искусственного интеллекта в вычислительной и статистической физике, моделировании конденсированных сред и в других областях наук.
Научная и практическая значимость:
Результаты предлагаемого проекта не только расширят наше понимание наноразмерного мира и физических процессов там протекающих, но и проложат путь для интеграции передовых цифровых технологий обработки больших данных, машинного обучения и высокопроизводительных вычислений в различные области науки, причем не только естественнонаучные, но и такие как лингвистика, социология и многие другие в которых все активнее используются суперкомпьютерные системы и передовые алгоритмы для анализа данных и предикативной аналитики. Руководителем проекта ведется активная учебная и научно-исследовательская работа с аспирантами и студентами - соисполнителями предлагаемого проекта, а также поиск и привлечение новых талантливых студентов для дальнейшего успешного развития данной тематики и ее расширения. Потому что для успешного ответа на новые научные вызовы и развития инфокоммуникационных технологий, материаловедения, науки и техники в целом в Российской Федерации, уже сейчас необходимо готовить и привлекать к научной работе высококвалифицированные кадры в этих передовых областях знаний.
Список основных публикаций:
1. Макарова К., Макаров А., Стронгин В., Титовец Ю., Шевченко Ю., Капитан В., Рыбин А., Капитан Д., Король А., Васильев Е., Овчинников П., Солдатов К., Трухин В., Нефедев К. (Kseniia Makarova, Aleksandr Makarov, Vladislav Strongin, Iuliia Titovets, Yuriy Shevchenko, Vitalii Kapitan, Alexey Rybin, Dmitrii Kapitan, Alena Korol, Egor Vasiliev, Pavel Ovchinnikov, Konstantin Soldatov, Viacheslav Trukhin, Konstantin Nefedev) Canonical Monte Carlo multispin cluster method Journal of Computational and Applied Mathematics Т. 427. – С. 115153. https://doi.org/10.1016/j.cam.2023.115153 (2023 г.)
2. А. О. Король, В. Ю. Капитан, А. В. Пержу, М. А. Падалко, Д. Ю. Капитан, Р. А. Волотовский, Е. В. Васильев, А. Е. Рыбин, П. А. Овчинников, П. Д. Андрющенко, А. Г. Макаров, Ю. А. Шевченко, И. Г. Ильюшин, К. С. Солдатов (A. Korol, V. Kapitan, A. Perzhu, M. Padalko, D. Kapitan, R.Volotovskii, E. Vasil’ev, A. Rybin, P. Ovchinnikov, P. Andriushchenko, A. Makarov, Yu. Shevchenko, I. Il’yushin, K. Soldatov) Вычисление основных состояний спиновых стекол с использованием ограниченной машины Больцмана Письма в ЖЭТФ VOLUME 115, ISSUE 8, PAGES 500-504 https://doi.org/10.31857/S1234567822080079 (2022 г.)
3. Васильев Е.В., Капитан В.Ю., Король А.О., Капитан Д.Ю., Рыбин А.Е., Овчинников П.А., Нефедев К.В. (Vasiliev E.V, Kapitan V.Yu., Korol A.O., Kapitan D. Yu., Rybin A.E., Ovchinnikov P.A, Nefedev K.V.) Монте-Карло моделирование процессов управления движением магнитного скирмиона Тезисы докладов ХIII Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию образования математического и физического факультетов БашГУ. Тезисы докладов ХIII Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию образования математического и физического факультетов БашГУ. Отв. редактор Л.А. Габдрахманова. с. 44, Уфа, 2022 https://doi.org/10.33184/fmpve2022-2022-10-19.35 (2022 г.)
4. А.О. Король, В.Ю. Капитан, Д.Ю. Капитан, Е.В. Васильев (A.O. Korol, V.Yu. Kapitan, D.Yu. Kapitan, E.V. Vasiliev) A NEURAL NETWORK APPROACH TO THE STUDY OF COMPLEX FRUSTRATED SYSTEMS VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», BOOKOF ABSTRACTS. VOLUME II VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», BOOKOF ABSTRACTS. VOLUME II, p. 13-14 (2022 г.)
5. А.В. Пержу, Е.В. Васильев, В.Ю. Капитан (A.V. Perzhu, E.V. Vasiliev, V.Yu. Kapitan) SIMULATION OF MAGNETIC SKYRMIONS ON FLAT LATTICES VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», BOOKOF ABSTRACTS. VOLUME I VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», BOOKOF ABSTRACTS. VOLUME I, p. 367 (2022 г.)
6. Е. В. Васильев, А. В. Пержу, А. О. Король, Д. Ю. Капитан, А. Е. Рыбин, М. А. Падалко, Р. А. Волотовский, А. Г. Макаров, Ю. А. Шевченко, К. С. Солдатов, В. Ю. Капитан, К.В. Нефедев (E.V. Vasiliev, A.V. Perzhu, A.O. Korol, D.Yu. Kapitan, A.E. Rybin, M.A. Padalko, R.A. Volotovskiy, A.G. Makarov, Yu.A. Shevchenko, K.S. Soldatov, V.Yu. Kapitan, K.V. Nefedev) Investigation a possibility of modeling skyrmions using the Monte Carlo method in flat lattices with various geometries Sixth Asian SchoolConference on Physics and Technology of Nanostructured Materials: Proceedings. – Dalnauka p.71 (2022) (2022 г.)
7. Пержу А. В., Васильев Е. В., Король А. О., Капитан Д. Ю., Рыбин А. Е., Капитан В. Ю. (Perzhu A. V., Vasiliev E. V., Korol A. O., Kapitan D. Yu., Rybin A. E., Kapitan V. Yu.) Применение сверточных нейронных сетей для исследования спиновых моделей ST. PETERSBURG STATE POLYTECHNICAL UNIVERSITY JOURNAL: PHYSICS AND MATHEMATICS Т. 15. № 3.1. С. 87-92 https://doi.org/10.18721/JPM.153.115 (2022 г.)
Результаты интеллектуальной деятельности:
1. Авторы РИД: Король Алена Олеговна, Капитан Виталий Юрьевич, Солдатов Константин Сергеевич, Капитан Дмитрий Юрьевич, Васильев Егор Вадимович Вид РИД: Программа для электронных вычислительных машин (программы для ЭВМ) Название РИД: Нейронная сеть для поиска основных состояний в моделях спинового стекла Дата заявки на регистрацию РИД / Реквизиты (номер патента или свидетельства о государственной регистрации) документа об охране исключительных прав (при наличии): 15.07.2022 / Свидетельство о государственной регистрации 2022663545 Перечень правообладателей: ДВФУ