Monitieteistä ja kansainvälistä tutkimusta materiaalien löytämiseen puhtaan energian ja päästöttömien ajoneuvojen tarpeisiin

”Yhteistyöprojektimme on nimeltään Heat transport in semiconducting energy materials (HeatTra), Lämmönsiirto puolijohtavissa energiamateriaaleissa. Käytämme suurteholaskentaa nopeuttaaksemme materiaalien löytämistä puhtaaseen energiaan ja päästöttömiin ajoneuvoihin. Keskitymme kontrolloituun lämmönsiirtoon monimutkaisissa ja epätäydellisissä energiamateriaaleissa.”

Mallintamisen kautta saadut tulokset ovat hyödyllisiä kokeellista tutkimusta tekeville tutkimusryhmille.

”Mallintaminen auttaa meitä ymmärtämään lämmön siirtymistä materiaaleissa, kuten korkean entropian lämpösähköisissä seosmateriaaleissa, joita voitaisiin käyttää suoraan lämmön muuntamiseen sähköksi. Lämpösähköisten materiaalien parissa työskentelevät kokeelliset tutkimusryhmät voivat hyödyntää projektimme tuloksia uusien lämpösähköisten materiaalien valmistuksessa. Niiden avulla voidaan parantaa energiatehokkuutta usealla eri teollisuudenalalla.”

Uusia yhteistyökumppanuuksia Coloradosta

Yhteistyötä tehdään Colorado School of Minesin fysiikan laitoksen professori Eric Tobererin ryhmän tutkijoiden kanssa. 

”Professori Tobererin ryhmä pyrkii löytämään ja suunnittelemaan uusia energiamateriaaleja yhteistyön ja monitieteisen tutkimuksen avulla. Heidän tutkimuksensa vaativat usein kiinteän olomuodon kemian, materiaalitieteen ja tiivistyneen aineen fysiikan yhdistämistä.”

Tilaisuus uuden yhteistyökumppanuuden luomiseksi syntyi CSC:n avaaman Suomi-Colorado tutkimusyhteistyöhaun kautta. 

”Yhteistyömme on alkanut HeatTra-projektin puitteissa. Kun CSC avasi Suomi-Colorado-yhteistyöhaun, ymmärsimme, että tämä voisi olla loistava mahdollisuus aloittaa yhteistyö Tobererin ryhmän kanssa. Hän on johtavia asiantuntijoita lämpösähköisten materiaalien alalla. Meillä oli Aallossa aikaisempaa kokemusta suurteholaskennasta ja lämpösähköisten materiaalien simuloinnista. Professori Toberer oli heti kiinnostunut keskustelemaan mahdollisesta yhteistyöstä. Muotoilimme yhdessä teeman yhteistyöllemme, kirjoitimme ehdotuksen ja lopulta saimme rahoituksen.”

LUMI avainroolissa projektissa

LUMI-supertietokone ja sen laskentakapasiteetti luovat mahdollisuuksia tutkimukselle paljon suuremmassa mittakaavassa ja pidemmällä aikavälillä kuin aikaisemmin. 

”LUMIn ominaisuudet ovat avainroolissa HeatTra-projektissa. Tutkimme lämmön siirtymistä monimutkaisissa, epäjärjestyneissä energiamateriaaleissa paljon suuremmassa mittakaavassa ja pidemmällä aikavälillä kuin aikaisemmin on ollut mahdollista.”

Projektissa hyödynnetään LUMI infrastruktuuria monipuolisesti.

”Yhdistämme tiheysfunktionaaliteorialaskelmat, syväoppimiseen perustuvat vuorovaikutuspotentiaalit ja molekyylidynamiikan simulaatiot. Tämä menetelmien yhdistelmä vaatii monipuolista laitteistoa, jolla on korkea suorituskyky sekä CPU- että GPU-alueilla. Luomme tietoa LUMI-CPU:n avulla perinteisillä kvanttikemiallisilla menetelmillä, koulutamme syväoppimismalleja LUMI-GPU:lla ja hyödynnämme malleja laskelmissa, jotka hyötyvät sekä GPU- että CPU-tehosta. Rakennamme osaamista huippuluokan koneoppimiseen perustuvista vuorovaikutuspotentiaaleista ja niiden hyödyntämisestä energiamateriaalitutkimuksessa.”

Projektin kehittämille uusille työnkuluille on tulevaisuudessakin kysyntää.

”Projektin aikana kehitettyjä korkean suorituskyvyn työnkulkuja voidaan myöhemmin soveltaa myös monissa muissa materiaalitutkimusprojekteissa.”

Edistämme kansainvälistä tutkimusyhteistyötä

Tässä blogisarjassa syvennymme seitsemään kansainväliseen Suomi-Japani ja Suomi-Colorado tiedeyhteistyöprojektiin, jotka hyödyntävät LUMI-supertietokonetta vastatakseen huippuluokan tutkimusaiheisiin eri aloilla.

Liity seuraamme, kun haastattelemme projektien vetäjiä ja kuulemme, kuinka kukin yhteistyö syntyi ja miten he käyttävät LUMIa huippuluokan tutkimukseen!

Pihla Kauranen & Maari Alanko & Elisa Halonen