OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) Lengyel Krisztián MTA SZFKI Kristályfizikai osztály 2011. november 14. OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 1/16
Tartalom A LiNbO 3 kristály és a rácsba beépülő OH ionok rövid bemutatása. Infravörös abszorpciós mérések kvantumkémiai számítások. A SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) program. Sztöchimetrikus LiNbO 3 kristályba beépülő OH ionok vizsgálata. Valósághűbb modell (kristályhibák), avagy miért is van szükség HPC-re? Tapasztalatok, köszönetnyilvánítás. OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 2/16
LiNbO 3 kristály és az OH ionok Alkalmazások Nagy hatásfokú felharmonikus keltés. (PPLN) Elektro- és akusztooptikai alkalmazások. Holografikus adattárolás. THz-es elektromágneses sugárzás keltése. OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 3/16
LiNbO 3 kristály és az OH ionok Növesztés Olvadékból (Czochralski módszer) Oldat-olvadékból (TSSG módszer) Idegen anyagok Szennyezők (pl. OH ionok) Adalékok (pl. Mg, Fe, ritkaföldfém) OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 4/16
LiNbO 3 kristály és az OH ionok OH ionok hatásai Megváltoztatják a LiNbO 3 kristály vezetőképességét. Lehetővé teszik a LiNbO 3 -ba írt hologramok termikus rögzítését. Felhasználhatók detektorként a kristályrács hibáinak vizsgálatára a karakterisztikus rezgések mérésével. O 2 OH Hajlítási Nyújtási H + OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 5/16
Infravörös mérések kvantumkémiai számítások Az infravörös abszorpciós spektrum Sztöchiometria (sztöchiometrikus Li/Nb=1, kongruens Li/Nb 0.945) Adalékolás (pl. lézersérülést gátló adalékok: Mg, Zn... ) Abszorbancia [ö.e.] sln cln sln:mg cln:mg 3400 3450 3500 3550 3600 Hullámszám [cm 1 ] OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 6/16
Infravörös mérések kvantumkémiai számítások A mért OH abszorpciós sávok tartománya a minta összetételétől függően 3400-3600 cm 1. Az irodalomban előforduló számítások eredményei nem egyeznek kisérleti adatokkal. Új módszer kell, ha a sztöchiometria és adalékolás hatását szeretnénk vizsgálni! Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 7/16
SIESTA c Fundación General Universidad Autonoma de Madrid E.Artacho, J.D.Gale, A.García, J.Junquera, P.Ordejón, D.Sánchez-Portal and J.M.Soler Honlap: http://www.uam.es/siesta Elektronszerkezeti számítások (DFT) és ab initio molekula-dinamikai szimulációk szilárdtestekben és molekulákon. MPI-vel több szálon is futtatható! OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 8/16
Sztöchiometrikus LiNbO 3 Szupercella 2x2x2 hexagonális elemi cella (240 atom) 1 db Li vakancia, közelében a szennyező proton OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 9/16
Sztöchiometrikus LiNbO 3 Az optimális hely nem 2 O 2 ion között van, hanem a leghosszab kötéstávolságú O 2 háromszögben. Az OH kötésirány kifordul a síkból: α out 4.3. d OH =0.988 Å O 2 H + H opt H start Y [Å] 1 2 3 4 5 X [Å] OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 10/16
Sztöchiometrikus LiNbO 3 Potenciálfelület Rögzített, optimális LiNbO 3 szerkezet Proton helye: 1.2x1.2x1.2 Å 3 térfogat 0.1 Å lépésköz 2197 pont 0.6 0.3 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.60 0.30 0.10 ev z [Å] 0 0.3 0.6 0.6 0.3 0 0.3 0.6 x [Å] 0.3 0 0.3 0.6 0.9 y [Å] OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 11/16
Sztöchiometrikus LiNbO 3 Dinamika A potenciálfelületből ab initio számítással meghatároztuk a karakterisztikus rezgések frekvenciáit: Módus ν DFT [cm 1 ] ν exp [cm 1 ] B1 527 B2 965 960 S 3469 3466 S+B1 3981 4009 S+B2 4394 4415 2S 6744 6745 Fig. 1. (Color online) Infrared absorption spectra of a 2 cm OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 12/16
Valósághűbb modell Kongruens LiNbO 3 Könnyebb előállítás elterjedtebb Li/Nb 0.945 3x3x3 hexagonális elemi cella (162 LiNbO 3 molekula) 1 Nb Li + 4 V Li OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 13/16
Valósághűbb modell Miért van szükség nagy számítási kapacitásra? SLN 240 atom 1 hibaszerkezet Futásidő 3 hónap CLN 810 atom kb. 3x4 hibaszerkezet Futásidő > 120 hónap Emellett fontos még: Megnövekedett memóraigény. Bonyolultabb és nagyobb rendszerek gyakori, váratlan nehézségei. OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 14/16
Valósághűbb modell Futó számítás Szerkezet optimalizálás intrinszik hibával (4x), majd OH ionnal (3-4x). Potenciálfelület (1.2x1.2x1.2 Å 3 ). Tervek Lézersérülést gátló adalékok vizsgálata LiNbO 3 -ban (alkalmazás). Ritkaföldfémek elektronátmeneteinek és lokális rezgéseinek összefonódása LiNbO 3 -ban (rezonáns optikai folyamatok). OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 15/16
Tapasztalat, köszönetnyilvánítás Tapasztalat NIIF regisztráció (GRID, HPC) Job management: GRID (glite) HPC (qsub, qdel... ) Köszönetnyilvánítás MTA SZFKI Kvantumoptika Osztály, NIIF, RMKI GRID, HPC OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 16/16