Моделі та методи моделювання складних процесів в  наноструктурах і нанопористих середовищах (на основі  високопродуктивних обчислень): монографія

Петрик, Михайло Романович; Бойко, І. В.; Petryk, М. Р.; Boyko, I. V.

Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/37936

Назва:	Моделі та методи моделювання складних процесів в наноструктурах і нанопористих середовищах (на основі високопродуктивних обчислень): монографія
Інші назви:	Models and methods of mathematical modeling of complex processes in nanostructures and nanopores media (on basis of the high-performance calculations)
Автори:	Петрик, Михайло Романович Бойко, І. В. Petryk, М. Р. Boyko, I. V.
Приналежність:	Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Бібліографічний опис:	Петрик М.Р. Моделі та методи моделювання складних процесів в наноструктурах і нанопористих середовищах (на основі високопродуктивних обчислень): монографія / Петрик М.Р., Бойко І.В. – Тернопіль : Вид-во ТНТУ імені Івана Пулюя, 2021. – 140 с.
Дата публікації:	2021
Дата внесення:	9-чер-2022
Видавництво:	Вид-во ТНТУ імені Івана Пулюя
Країна (код):	UA
Місце видання, проведення:	Тернопіль
УДК:	519.6 681.3
Кількість сторінок:	140
Діапазон сторінок:	1-140
Короткий огляд (реферат):	В даній монографії висвітлені нові підходи до розробки високопродуктивних суперкомп’ютерних технологій моделювання та складних процесів в наноструктурах і нанопористих середовищах на основі паралельних обчислень та засобів комп’ютерної математики за наявності зворотних зв’язків (feedback). Проектування розглядуваних систем ґрунтується на нових наукоємних технологіях опису об’єктів, нових обчислювальних рішеннях з урахуванням архітектури комп’ютерних систем та програмного забезпечення. Для наукових працівників, фахівців у галузі прикладної математики, математичного моделювання, високопродуктивних паралельних обчислень та програмної інженерії, викладачів вищих навчальних закладів, аспірантів, інженерів та студентів. This monograph highlights new approaches to the development of high performance supercomputer modeling technologies of complex processes in nanostructures and nanoporous media based on parallel calculations and computer mathematics in the presence of feedback (feedback). Design of these systems is based on new science-intensive description technologies objects, new computing solutions based on the architecture of computer systems and software. For researchers, specialists in applied mathematics, mathematical modeling, high-performance parallel computing and software engineering, university professors, graduate students, engineers and students.
Зміст:	ПЕРЕДМОВА ...7 ВСТУП...8 РОЗДІЛ 1. ТЕОРІЯ ТА МЕТОДИ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДИСИПАТИВНИХ ЯВИЩ В НАНОСТРУКТУРАХ, ПОВ’ЯЗАНИХ З ЕЛЕКТРОН-ЕЛЕКТРОННОЮ ВЗАЄМОДІЄЮ ...12 1.1. Cучасна проблематика та теоретико-математичні моделі, що писують тунельний транспорт з урахування дисипативних явищ ...12 1.2. Гамільтоніан системи. Рівняння Шредінгера-Гросса-Пітаєвського ...28 1.3. Пертурбаційний метод розв’язування нелінійного рівняння Гросса-Пітаєвського. Коефіцієнт прозорості ДБРТС...32 1.4. Теорія активної динамічної провідності плоских наноструктур...38 1.5. Аналіз спектральних параметрів та активної динамічної провідності електронів двобар’єрною резонасно-тунельною структурою з урахуванням електрон-електронної взаємодії...46 РОЗДІЛ 2. ТЕОРІЯ ТА МЕТОДИ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ТУНЕЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ В НАНОСТРУКТУРАХ ЗА НАВНОСТІ ЗОВНІШНІХ ПОСТІНИХ ТА ЗМІННИХ ПОЛІВ...57 2.1. Гамільтоніан системи електронів у відкритих резонансно-тунельних структурах з постійними поздовжнім електричним та поперечним магнітним полями. Квазістаціонарні стани системи ...58 2.2. Квазістаціонарні стани та активна динамічна провідність електронів у моделі відкритої активної зони каскаду ККЛ у поперечному магнітному полі. Метод апроксимації ефективного потенціалу ...66 2.3. Активна динамічна провідність та відносна інтегральна інтенсивність випромінювання у відкритій моделі окремого каскаду ККЛ у поперечному магнітному полі ...75 2.4. Властивості електронних квазістаціонарних станів та активної динамічної провідності каскаду квантового каскадного лазера в поперечному магнітному полі ...79 PОЗДІЛ 3. ВИСОКОПРОДУКТИВНІ МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ В ЗАДАЧАХ АДСОРБЦІЇ ЗІ ЗВОРОТНІМИ ВПЛИВАМИ В НЕОДНОРІДНИХ НАНОПОРИСТИХ СЕРЕДОВИЩАХ...87 3.1. Огляд досліджень...87 3.2. Основні підходи розробки математичних моделей адсорбції...88 3.3. Нелінійна модель адсорбції в обмеженому нанопористому середовищі...93 3.4. Крайова задача адсорбції в напівобмежених неоднорідних багатокомпонентних нанопористих середовищах...101 3.5. Алґоритми обчислення компонентів матриці впливу ...122 Висновки ...128 Список використаних джерел ...131
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/37936
ISBN:	978-966-305-119-2
Власник авторського права:	© М.Р. Петрик, І.В. Бойко, 2021 © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя ,2021
Перелік літератури:	1. Казаринов Р. Ф. О возможности усиления электромагнитных волн в полупроводниках со сверхрешеткой / Р. Ф. Казаринов, Р. А. Сурис // ФТП. – 1972. – Т. 6, № 7. – С. 1359 - 1365. 2. Казаринов Р. Ф. К теории электрических свойств полупроводников со сверхрешеткой / Р. Ф. Казаринов, Р. А. Сурис // ФТП. – 1973. – Т. 7, № 3. – С. 488 - 499. 3. Faist J. Quantum Cascade Laser / J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco [et al.] // Science. – 1994. – V. 264, № 5158. – P.533 - 556. 4. Faist J. High-power long wavelength (λ ~ 11,5 μm) quantum cascade lasers operating above room temperature / J. Faist, C. Sirtori, F. Capasso [et al.] // IEEE Photon. Technol. Lett. – 1998. – V. 10, № 8. – P. 1100 - 1102. 5. Rochat M. Far-infrared (λ = 88 μm) electroluminescence in a quantum cascade structure / M. Rochat, J. Faist, M. Beck [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 1998. – V. 73, № 25. – P. 3724 - 3727. 6. Sirtori C. GaAs/AlxGa1-xAs Quantum Cascade Lasers / C. Sirtori, P. Kruck, S. Barbieri [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 1998. – V. 73, №24. – P. 3486 - 3489. 7. Hofstetter D. Surface-emitting 10.1 μm quantum-cascade distributed feedback lasers / D. Hofstetter, J. Faist, M. Beck and U. Oesterle // Appl. Phys. Lett. – 1999. – V. 75, № 24. – P. 3724 - 3727. 8. Sirtori C. Low-loss Al-free waveguides for unipolar semiconductor lasers / C. Sirtori, P. Kruck, S. Barbieri [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2004. – V. 75, № 25. – P. 3911 - 3914. 9. Sirtori C. Influence of DX Centers on the Performance of Unipolar Semiconductor Lasers Based GaAs/AlxGa1-xAs / C. Sirtori, S. Barbieri, P. Kruck [et al.] // IEEE Photon. Technol. Lett. – 1999. – V. 11, № 9. – P. 1090 - 1092. 10.Hofstetter D. Measurement of semiconductor laser gain and dispersion curves utilizing Fourier transforms of the emission spectra / D. Hofstetter, J. Faist // IEEE Photon. Technol. Lett. – 1999. – V. 11, №11. – P. 1372 - 1374. 11.Müller A. Electrically tunable, room-temperature quantum-cascade lasers / A. Müller, M. Beck J. Faist [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 1999. – V. 75, № 11. – P. 1509 - 1512. 12.Blaser S. Room-temperature, continuous-wave, single-mode quantum-cascade lasers at λ ≃ 5.4 μm / S. Blaser, D. A. Yarekha, L. Hvozdara [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2004. – V. 86, № 4. – P. 041109-1 - 041109-3. 13.Wittmann A. Room temperature, continuous wave operation of distributed feedback quantum cascade lasers with widely spaced operation frequencies / A. Wittmann, M. Giovannini, J. Faist [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2006. – V. 89, № 14. – P. 141116-1 - 141116-3. 14.Mohan A. Room-temperature continuous-wave operation of an external-cavity quantum cascade laser / A. Mohan, A. Wittmann, A. Hugi [et al.] // Opt. Lett. – 2007. – V. 32, № 19. – P. 2792 - 2794. 15.Geiser M. Strong light-matter coupling at terahertz frequencies at room temperature in electronic LC resonators / M. Geiser, C. Walther, G. Scalari [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2010. – V. 97, № 19. – P. 191107-1 - 19110 -3. 16.Bismuto A. High power Sb-free quantum cascade laser emitting at 3.3 µm above 350 K / A. Bismuto, M. Beck and J. Faist // Appl. Phys. Lett. – 2011. – V. 98, № 19. – P. 191104-1 - 191104 -3. 17.Tombez L. Frequency noise of free-running 4.6 μm distributed feedback quantum cascade lasers near room temperature / L. Tombez, J. Di Francesco, S. Schilt [et al.] // Opt. Lett. – 2011. – V. 36, № 16. – P. 3109 - 3111. 18.Geiser M. Room temperature terahertz polariton emitter / M. Geiser, G. Scalari, F. Castellano, M. Beck and J. Faist // Appl. Phys. Lett. – 2012. – V. 104, № 14. – P. 141118-1 - 141118 -4. 19.Hofstetter D. Quantum-cascade-laser structures as photodetectors / D. Hofstetter, M. Beck and J. Faist // Appl. Phys. Lett. – 2002. – V. 81, № 15. – P. 2683 - 2685. 20.Scalari G. A THz quantum cascade detector in a strong perpendicular magnetic field / G. Scalari, M. Graf, D. Hofstetter [et al.] // Semicond. Sci. Technol.. – 2002. – V. 21, № 12. – P. 1743 - 1746. 21.Giorgetta F. R. 16.5 μm quantum cascade detector using miniband transport / F. R. Giorgetta, E. Baumann, M. Graf [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2007. – V. 90, № 23. – P. 231111-1 - 231111 -3. 22.Giorgetta F. R. Short wavelength (4 µm) quantum cascade detector based on strain compensated InGaAs/InAlAs / F. R. Giorgetta, E. Baumann, R. Théron [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2008. – V. 92, № 12. – P. 121101-1 - 121101 -3. 23.Schneider H. Room-temperature midinfrared two-photon photodetector / H. Schneider, H. C. Liu, S. Winnerl [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2008. – V. 93, № 10. – P. 101114-1 - 101114 -3. 24.Diehl L. Characterization and modeling of quantum cascade lasers based on a photon-assisted tunneling transition / L. Diehl, M. Beck, J. Faist [et al.] // IEEE J. Quantum Electron. – 2001. – V. 37, № 3. – P. 448 - 455. 25.Willenberg H. Intersubband gain in a Bloch oscillator and quantum cascade laser / H. Willenberg, G. H. Döhler and J. Faist // Phys. Rev. B. – 2003. – V. 67, № 8. – P. 085315-1 - 080315 -10. 26.Scalari G. Far-infrared (λ~87 µm) bound-to-continuum quantum-cascade lasers operating up to 90 K / G. Scalari, L. Ajili, J. Faist [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2003. – V. 82, № 19. – P. 3165 - 3167. 27.Sirtori C. The quantum cascade laser. A device based on two-dimensional electronic subbands / C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso and A. Y. Cho // Pure. Appl. Opt. - 1998. – V. 7, № 2. – P. 373 - 381. 28.Голант Е. И. Прохождение электронов через потенциальные барьеры в высокочастотных полях // Е. И. Голант, А. Б. Пашковский, А. С. Тагер // ФТП. – 1994. – Т. 28, №5. – С. 740 - 751. 29.Геельвич Э. А. Лазер на межзонных переходах в квантовых ямах с когерентным транспортом электронов / Э. А. Геельвич, А. Б. Пашковский, Е. И. Голант // Письма в ЖТФ. – 2002. – Т. 28, №23. – С. 1 - 8. 30.Елесин В. Ф. Когерентный лазер на двухъямной структуре / В. Ф. Елесин, А. В. Цуканов // ФТП. – 2000. – Т. 34, №11. – С. 1404 - 1407. 31.Елесин В. Ф. Высокочастотные свойства двухямных наноструктур / В. Ф. Елесин, И. Ю. Катеев // ФТП. – 2008. – Т. 42, №5. – С. 586 - 590. 32.Ремнев М. А. Влияние спейсерных слоев на вольт-амперные характеристики резонансно-туннельного диода / М. А. Ремнев, И. Ю. Катеев, В Ф. Елесин // ФТП. – 2010. – Т. 44, №8. – С. 586 - 590. 33.Dupont E. Simplified density-matrix model applied to three-well terahertz quantum cascade lasers / E. Dupont, S. Fathololoumi, and H. C. Liu // Phys. Rev. B. – 2010. – V. 81, № 20. – P. 205311-1 - 205311 -10. 34.Ткач Н. В. Плоские двухбарьерные резонансно-туннельные структуры: резонансные энергии и резонансные ширины квазистационарных состояний электрона / Н. В. Ткач, Ю. А. Сети // ФТП. – 2009. – Т. 43, №10. – С. 1346 - 1355. 35.Ткач М. В. Метод S-матриці в теорії резонансних енергій і ширин квазістаціонарних станів електрона у несиметричній двобар’єрній резонансно-тунельній структурі / М. В. Ткач, Ю. О. Сеті // УФЖ. – 2009. – Т. 54, № 6. – С. 611 - 620. 36.Blaser S. Long-wavelength (λ~10,5 μm) quantum cascade lasers based on a photon-assisted tunneling transition in strong magnetic field. / S. Blaser, L Diehl, M. Beck, J. Faist // Physica E. – 2000 – V. 7, № 1-2. – P. 33 - 36. 37.Dubrovskii Yu.V. Electron tunneling through single-barrier heterostructures in a magnetic field. / Yu. V.Dubrovskii, Yu. N. Khanin [et al.] // Phys. Rev. B. – 1994. – V. 50, № 7. – P 4897 - 4900. 38.Серов А. Ю. Резонансное туннелирование через квантовую яму с двумя барьерами в поперечном магнитном поле / А. Ю. Серов, Г. Г. Зегря // ЖЭТФ. – 2004. – Т. 126, № 1. – С. 170 - 180. 39.Belle G. Measurement of the miniband width in a superlattice with interband absorption in a magnetic field parallel to the layers. / G. Belle, G. C. Maan // Solid State Commun. – 1985. – V. 56, № 1. – P. 65 - 88. 40.Chung S. K. The effect on currents of anticrossings in the energy spectrum in quantum wells under crossed electric and magnetic fields / S. K. Chung O. Olendski // Semicond. Sci. Technol.– 1997. – V. 12, № 7. – P. 788 - 795. 41.Elagoz S. Double quantum well electronic energy spectrum within a tilted magnetic field / S. Elagoz, H. Elagoz, H. Sari, Y. Ergün, P. Karasu // Superlattices and Microstr..– 1999. – V. 26, № 5. – P. 300 - 305. 42.Hung K-M. Transfer-matrix theory of the energy levels and electron tunneling in heterostructures under an in-plane magnetic field. / K-M. Hung and G. Y. Wu // Phys. Rev. B. – 1992. – V. 45, № 7. – P. 3461 – 3464. 43.Yong G. Quantum magnetotransport of electrons in double-barrier resonant tunneling structures. / G. Yong and Y-C. Li, X-G. Kong and C-W. Wei // Phys. Rev. B. – 1994. – V. 50, № 23. – P.17249 – 17255. 44.Puertolas B., Navarro M.V., Lopez J.M., Murillo R., Mastral A.M., Garcia T. Modelling the heat and mass transfers of propane onto a ZSM-5 zeolite. Separation and Purification Technology. 2012. Vol.86 P. 127–136. 45.Barrer, R.M., Diffusion and Flow in Porous Zeolite, Carbon or Ceramic Media, Characterization of Porous Solids, Society of Chemical Industry, London, 1979 46.Kanellopoulos N.K. Nanoporous materials: advanced techniques for characterization, modeling, and processing. London: CRC Press, 2011. 564 p. 47.Chen, N.Y., T.F. Degnan and M.C. Smith, Molecular Transport and Reaction in Zeolites: Design and Application of Shape Selective Catalysis, V.C.H. Weinheim, New York, (1994). 48.R. de Boor, Contemporary progress in porous theory, Apl. Mech. Rev. 53 (12), 323-369 (2000) 49.Hammond K.D., Conner W.C. Chapter One- Analysis of Catalyst Surface Structure by Physical Sorption. Advances in Catalysis 2013, Vol. 56, 1-101. 50.Krisnha R., Van Baten J.M. Investigating the non-idealities in adsorption of CO2 -bearing mixtures in cation-exchanged zeolites. Separation and Purification Technology. 2018. Vol. 206. P. 208-217. 51.Krishna R. Thermodynamically Consistent Methodology for Estimation of Diffusivities of Mixtures of Guest Molecules in Microporous Materials. ACS Omega 2019, Volume 4(8), 13520-13529. 52.Kärger J. and Ruthven D. Diffusion in Zeolites and Other Microporous Solids. Hoboken: John Wiley & Sons, New York, 1992 p 53.Kärger J., Ruthven D., Theodorou D. Diffusion in Nanoporous Materials. Hoboken: John Wiley & Sons, 2012. 902 p. 54.Langmuir I.-J. Am. Chem. Sce. 54, 2798 (1932) 55.P. N’Gokoli-Kekele, M. A. Spiringuel-Huet, J. Fressard. An Analitical Study of Molecular Transport in Zeolite Bed. Adsorption.( Kluwer), 8, 35-44, (2002). 56.Lecler S., Petryk M., Canet D., Fraissard J. Competitive diffusion of gases in a zeolite using proton NMR and slice selection procedure. Catalysis Today, 2012. Vol.187, N 1. P. 104-107. 57.Petryk М., Leclerc S., Canet D., Fraissard J. Modeling of gas transport in a microporous solid using a slice selection procedure: Application to the diffusion of benzene in ZSM5. Catalysis Today. 2008. Vol. 139, N 3. P. 234– 240. 58. Petryk M., Leclerc S., D. Canet, Sergienko I.V., Deineka V.S., Fraissard J. Competitive diffusion of gases in a zeolite bed: NMR and slice procedure, modelling and identification of parameters. J. Phys. Chem. C. 2015. Vol. 119, N 47. P. 26519-26525. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b07974. 59.Sergienko I.V., Peryk M.R., Leclerk S., Fraissard J. Highly efficient methods of the identification of competitive diffusion parameters in heterogeneous media of nanoporous particles. Cybernetics and Systems Analysis. 2015. Vol. 51, N 4. P. 529-546. 60.Petryk M.R., Boyko I. V., Khimich O. M., Petryk M. M. High-Performance Supercomputer Technologies of Simulation of Nanoporous Feedback Systems for Adsorption Gas Purification. Cybernetics and Systems Analysis, Vol. 56, No. 5, 2020, 835–847. 61.Petryk М.R., Boyko I.V., Khimich O. M., Petryk M. M. High-performance supercomputer technologies of simulation and identification of nanoporous systems with feedback for n-component competitive adsorption ... Cybernetics and Systems Analysis, Vol. 57, No.2, 2021. P. 170–183. 62.Petryk M., Ivanchov M., Leclerc S., Canet D., Fraissard J. Competitive Adsorption and Diffusion of Gases in a Microporous Solid.In the book "Zeolites – New Challenges”. Margeta K., Farkas.(Eds). London: IntecOpenn, UK. P.13-31. (2020). 63. Сергієнко І.В., Петрик М.Р., Хіміч О.М., Кане Д., Михалик Д.М., Леклерк С., Фресар Ж. Математичне моделювання масопереносу в середовищах частинок нанопористої структури / Національна академія наук України, Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова. – 2014. –210с. 64.Xіміч О.М., Петрик М.Р., Михалик Д. М., Бойко І.В., Попов О.В., Сидорук В.А. Методи математичного моделювання та ідентифікації складних процесів і систем на основі високопродуктивних обчислень. Київ: Вид-во НАН України, 2019. 190 с. 65.Petryk M., Khimich A., Petryk M.M., Fraissard J. Experimental and computer simulation studies of dehydration on microporous adsorbent of natural gas used as motor fuel. Fuel. 2019. Vol. 239, P. 1324–1330. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.10.134. 66.Petryk M., Khimitch A., Petryk M.M.. Simulation of Adsorption and Desorption of Hydrocarbons in Nanoporous Catalysts of Neutralization Systems of Exhaust Gases Using Nonlinear Langmuir Isotherm. Journal of Automation and Information Sciences, Vol. 50 (10), 18-33 (2018) 67. Мykhalyk D., Petryk M, Petryk M.M., Petryk O., Mudryk I. Mathematical Modeling of Hydrocarbons Adsorption in Nanoporous Catalyst Media using Nonlinear Langmuir’s Isotherm using Activation Energy. Proc. 9th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT’2019) (5-7 June 2019, Budejovice, Czech Republic). Budejovice, 2019. P. 72-75. 68.Lavrentiev M.A., Shabat B.V. Methods of theory of functions of a complex variable. M.: Nauka, 1973, 736 p. 69.Doetsch G. Handbuch der Laplace-Transformation, 3 vols., Birkhäuser, Basel 1956. 70.Ленюк М.П., Петрик М.Р. Інтегральні перетворення Фур’є, Бесселя із спектральним параметром в задачах математичного моделювання масопереносу в неоднорідних середовищах. — Київ: Наукова думка, 2000.— 372с. 71.Nemytskii V.V., Stepanov V.V. Qualitative Theory of Differential Equations. New York: Dover Publications, Inc. (New Edition), 1990. 552 p.
Тип вмісту:	Monograph
Розташовується у зібраннях:	Зібрання книг

Файли цього матеріалу:

Файл	Опис	Розмір	Формат
Petryk_M.R_Boyko_I.V_Modeli_ta_ metody.pdf		3,83 MB	Adobe PDF	Переглянути/відкрити
Petryk_M.R._Boyko_I.V_Modeli_ta_ metody_COVER.jpg		192,21 kB	JPEG	Переглянути/відкрити

Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики

Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.