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Auszeichnung für großskalige Simulation von Laserablationen
31. Oktober 2011;
Anlässlich des Results and Review Workshops wird jährlich durch das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) der Golden Spike Award an drei herausragende Projekte auf dem Gebiet des Höchstleistungsrechnens vergeben. In diesem Jahr ging eine der begehrten Anerkennungen an den Sonderforschungsbereich (SFB) 716. Für seinen Beitrag "Laser Ablation of Aluminium: Drops and Voids" erhielt Johannes Roth, Leiter der SFB 716 Teilprojekte B.1 und B.5, einen Golden Spike.
Roth berichtete über Arbeiten, die eingebettet im SFB 716 am Institut für Theoretische und angewandte Physik durchgeführt wurden. Das vorgestellte Projekt beschäftigt sich mit Vorgängen bei Laserablationen, bei dem durch intensive Laserstrahlen Material aus einer Oberfläche entfernt wird. Der Fokus seiner Untersuchungen liegt dabei auf sogenannten Femtosekunden-Pulsen, bei denen die direkte Wechselwirkung des Lasers mit den Leitungselektronen im Metall eine wichtige Rolle spielt. Zur Simulation solcher Prozesse wurde basierend auf separaten Temperaturen für Elektronen und Gitter ein spezielles Zweitemperaturmodell eingesetzt. Elektronen werden dabei als ein Kontinuum mit Hilfe einer gekoppelten Wärmeleitungsgleichung modelliert, während die entsprechende Gleichung für das Gitter durch Molekulardynamik ersetzt wird.
Durch dieses Modell entstanden bereits Simulationen mit mehreren Millionen Atomen, die problemlos auf handelsüblichen Multi-Core Rechnern gerechnet werden konnten. Unter Nutzung moderner Höchstleistungsrechner am HLRS konnte Johannes Roth Laserablationsvorgänge mit bis zu 200 Millionen Atome großskalig simulieren und dadurch Größen- und Winkelverteilung des vom Laser abgetragenen Materials von einzelnen Atomen bis zu Tropfen quantitativ analysieren. Weiterhin berichtete er über die Erzeugung von Blasen in Aluminium, wenn die Intensität der Laserstrahlung unterhalb der Schwelle liegt, die für Ablation benötigt wird. Mit der Berechnung der für die Untersuchung erforderlichen Simulationen waren am Höchstleistungszentrum fünfhundert Prozessoren etwa zwei Tage lang beschäftigt.
Der Lenkungsausschuss des HLRS zeichnete Roths Arbeit für die wissenschaftliche Bedeutung und die besonders effiziente Nutzung von Superrechnern aus.
Weitere Informationen auf den Seiten des HRLS unter
http://www.hlrs.de/userprojects/golden-spike-award