Simulación del transporte de calor en nanoestructuras de silicio

Abstract

En este trabajo se calcula la conductividad térmica de una nanoestructura de silicio sometida a un gradiente térmico, en una situación de no-equilibrio termodinámico. El sistema se simula a través de dinámica molecular, utilizando dos modelos para los potenciales interatómicos: i) un potencial clásico empírico Tersoff-Brenner; ii) un potencial Tight-Binding semi-empírico. Para el primer caso se recurre al software libre LAMMPS y para el segundo se desarrolla un código. En este caso se analiza en detalle la eficiencia de distintas rutinas para la diagonalización de matrices, necesaria para calcular las fuerzas interatómicas, así como la utilización de diferentes modos de paralelización. Se presenta un detallado estudio de la eficiencia del código desarrollado.

We calculate the thermal conductivity of a Silicon nanostructure subject to a temperature gradient, in a non equilibrium thermodynamical state. We simulate the system by molecular dynamics using two models for the interatomic potentials: i) an empirical classical Tersoff-Brenner potential; ii) a semiempirical Tight-Binding potential. For the first case we use the free software LAMMPS and for the second we develop a code. In this last case we analyze the performance of the different routines used for diagonalizing matrices, necessary to compute the interatomic forces and we discuss the different parallelization implementations. We present a detailed study of the efficiency of the implemented code.

Calculamos a condutividade térmica de uma nanoestrutura de silício sujeita a um gradiente de temperatura, em um estado termodinâmico fora do equilíbrio. Simulamos o sistema por dinâmica molecular usando dois modelos para os potenciais interatômicos: i) um potencial clássico empírico de Tersoff-Brenner; ii) um potencial semiempírico de ligação estreita. Para o primeiro caso, utilizamos o software livre LAMMPS e, para o segundo, desenvolvemos um código. Neste último caso, analisamos o desempenho das diferentes rotinas utilizadas para a diagonalização de matrizes, necessárias para calcular as forças interatômicas, e discutimos as diferentes implementações de paralelização. Apresentamos um estudo detalhado da eficiência do código implementado.