Superkomputer KDM: Zastosowania

Tzw. tlenki trójprzewodzące (ang. triple conducting oxides, TCO), tj. materiały zdolne przewodzić elektronowo, dziurowo i jonowo, stanowią obiecującą grupę związków ze względu na potencjalne zastosowania w ogniwach paliwowych. Mimo znaczącego postępu dokonanego
w zakresie prac eksperymentalnych (synteza, charakteryzacja), dokładniejsze zrozumienie właściwości elektrycznych TCO, w szczególności transportu jonowego, wciąż wymaga znacznych prac.
Celem projektu jest teoretyczna charakteryzacja przykładowych TCO na bazie obliczeń kwantowo-mechanicznych. W szczególności projekt obejmuje:
1) dobór i walidację metody opisu teoretycznego, poprzez przeprowadzenie obliczeń dla układów idealnych i porównanie uzyskanych wyników z dostępnymi danymi eksperymentalnymi,
2) przeprowadzenie obliczeń właściwości statycznych defektów odpowiedzialnych za transport jonowy (wakans tlenowy i międzywęzłowy wodór), m.in. określenie ich energii tworzenia, zbadanie wpływu na strukturę elektronową (dodatkowe stany elektronowe pochodzące od defektu), krystaliczną (pochodzące od defektów zaburzenia sieci krystalicznej), zbadanie właściwości optycznych oraz inne,
3) zbadanie procesów transportu jonowego, przeprowadzenie obliczeń ścieżek transportu jonów, określenie wysokości barier energetycznych dla różnych mechanizmów migracji.
W zaplanowanych obliczeniach wykorzystana zostanie metoda teorii funkcjonałów gęstości (ang. density functional theory, DFT), w szczególności zaś podejście korygowane DFT+U+J, uwzględniające poprawki Hubbarda +U i Hunda +J (ich uwzględnienie jest kluczowe dla uzyskania wiarygodnego opisu struktury elektronowej tlenków). Do przeprowadzenia obliczeń wykorzystany zostanie program ONETEP, który pozwala efektywnie prowadzić obliczenia o wysokim stopniu równoległości (wykorzystywane jest hybrydowe zrównoleglenie MPI+OpenMP). Jako przykładowy związek na wstępie rozpatrzony zostanie tytanian strontu (SrTiO3).