Параллельный алгоритм и программная реализация гибридного континуально-атомистического метода для моделирования воздействия ультракоротких лазерных импульсов на вещество

Цель: разработка параллельного высокоэффективного компьютерного кода на основе гибридной континуально-атомистической модели для описания лазерного воздействия на вещество. Для описания ионной подсистемы используется метод классической молекулярной динамики, при этом на ионы действуют дополнительные силы, связанные с обменом энергией с электронами. Электроны описываются в рамках континуальной модели, для них решается уравнение энергии с учетом электронной теплопроводности, поглощения лазерного излучения и электрон-ионного обмена. Созданы физические модели для квазиодномерного (одномерное уравнение энергии для электронов и трехмерная молекулярная динамика для ионов) и полностью трехмерного случая. Разработан комплекс высокоэффективных параллельных компьютерных программ в квазиодномерном случае для суперкомпьютеров с распределенной памятью для изучения структурных, оптических, термических и иных изменений в металлических мишенях на временах от фемтосекунд до наносекунд и масштабах от нанометров до микрометров. Результаты моделирования могут быть использованы как при проведении лазерных экспериментов, так и при оптимизации параметров промышленных установок, используемых на производстве для лазерной обработки материалов. По совокупности используемых подходов данное направление исследований превосходит существующий мировой уровень, поэтому разрабатываемая методика позволит занять лидирующие позиции в мире в области моделирования взаимодействия лазерного излучения с веществом при проведении НИР, направленных на создание инженерных, биологических, медицинских и иных технологий.