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1 Laboratorio Virtuale CMAST Computational MAterials Science and Technology Simone Giusepponi, Michele Gusso, Roberto Grena, Pasquale Morvillo, Giulio Gianese*, Vittorio Rosato* Silvio Migliori, Salvatore Raia, Giovanni Bracco, Salvatore Podda *also Ylichron srl Casaccia Research Centre Rome, Italy ENEA Italian Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Environment

2 Scienza dei Materiali Computazionale Fonte ENEA

3 Simulazioni di Dinamica Molecolare input N atomi 3N gradi di libertà t=1,t max distance among the atoms Forces among all the atoms new atomic positions Thermodynamics quantities m&& x i = i V ({ x }) i Data storage output

4 ENEA-GRID Computational & 3D Centers Ispra Saluggia S.Teresa 30 BOLOGNA #CPU/Cores CASACCIA 140 FRASCATI 400 PORTICI 2750 Manfredonia 90 BRINDISI TRISAIA 45

5 Infrastructures: A new HPC centre in Portici - New HPC centre in Naples with top level computing and storage systems - Development of a new class of innovative functions for GRID computing

6 CRESCO HPC Sections 1 & 3 Corridor hot Sections 1 &2 Section 2 & DDN Control room network: IB/GB backup system

7 Supercomputing: application areas Engineering Nuclear physics and engineering nuclear fusion Climate and environment Materials Science Bioinformatics Critical infrastructures protection Combustion Fluidodinamics

8 Il Laboratorio CMAST Problemi: I supercomputer sono sistemi in continua e veloce evoluzione Il software di sistema e applicativo ha continui aggiornamenti I codici di calcolo scientifico devono essere in grado di sfruttare la grande potenza di calcolo a disposizione Soluzione: Un Laboratorio Virtuale tematico costituito da: Esperti di calcolo scientifico System manager Utenti del centro di calcolo

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12 Il Laboratorio CMAST ATTIVITÀ Storage dell idrogeno: MgH 2 Membrane metalliche Interazione organico-inorganico: peptide su nanotubo Sistemi AX 2 liquidi e amorfi: SiSe 2, GeSe 2, GeS 2, etc Ordine icosaedrico in metalli sottoraffreddati Acqua supercritica, graphani, etc etc Fotovoltaico CODICI CPMD, CP2K, Quantum Expresso GROMACS Homemade per gli intermetallici e semiconduttori PARTNER Università di Salerno Università Tor Vergata Università di Sassari Università di Camerino Università di Napoli CNR Avellino Università di Lille Università di Strasburgo Università di Berlino Università di Zurigo Università di Bath Università di Barkatullah ST Microelectronics Ylichron Numonyx

13 Desorbimento idrogeno: interfaccia Mg-MgH 2 Esperimento ENEA The remarkable ability of magnesium to store significant quantities of hydrogen has fostered intense research efforts in the last years in view of its future applications where light and safe hydrogen-storage media are needed. Magnesium material, characterized by light weight and low cost of production, can reversibly store about 7.7 wt% hydrogen (MgH 2 ). However, further research is needed since Mg has a high operation temperature and slow absorption kinetics that prevent for the moment the use in practical applications. For these reasons a detailed study of the interface between Mg and MgH 2 is needed to characterize the dynamics of hydrogen at the interface. Thanks to Amelia Montone, ENEA TEPSI Project

14 Desorbimento idrogeno: interfaccia Mg-MgH 2 Starting configuration Idrogeno Magnesio Mg: 72 atoms Mg surface MgH 2 : 60 Mg atoms H atoms MgH 2 surface L x = 6.21 Å L y = Å Interface L z = Å

15 Desorbimento idrogeno: interfaccia Mg-MgH 2 Atomo di Ferro T= 400 K T= 700 K

16 Desorbimento idrogeno: interfaccia Mg-MgH 2 Fe Position 3 Position 1 Position 2 Starting configurations Final configurations at T= 500 K

17 Desorbimento idrogeno: interfaccia Mg-MgH Speedup mesh 576 on x axis 300 IBM SP5: ~ 8 sec - 64 PE CRESCO: ~ 8 sec 150 PE ~ 3 sec 576 PE Processing elements

18 Peptide su nanostrutture di carbonio Organico - Inorganico: dinamica molecolare classica GRAFENE PEPTIDE

19 Peptide su nanostrutture di carbonio Organico - Inorganico: dinamica molecolare classica

20 Peptide su nanostrutture di carbonio Organic - Inorganic: dinamica molecolare ab-initio Peptide+acqua su grafite: 1397 atomi 2062 stati elettronici Box: 56x54x40 au 3 Mesh 400x384x288 - cutoff=120ry Minimizzazione wfs CORE CPU time Memory sec 1986 MB sec 1153 MB sec 750 MB

21 Initial configuration Sistemi AX 2 liquidi e amorfi Diffusion coefficient Total neutron structure factor Final configuration: few homopolar bonds Si-Si most of the Si atoms have tetrahedral coordination 17

22 Sistemi AX 2 liquidi e amorfi First Sharp Diffraction Peak in AX 2 liquido Sistemi da 500 atomi con 600 cores: 8 sec per passo

23 Sistemi AX 2 liquidi e amorfi Si atoms can be classified in three classes: Si Se Si(0) Si(1) Si(2) Si(0) Si(1) Classical MD a-sise 2 (%) Experiment a-sise 2 (%) Our results a-sise 2 (%) Our findings our in good agreement with experiments of Nuclear Magnetic Resonance Si(2)

24 Rame liquido e sottoraffreddato MD classica con TB semiempirico Common neighbor analysis per caratterizzare l ordine icosaedrico a corto range

25 Thank you for your attention! 25

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