Collaborative Research: Elements: Flexible & Open-Source Models for Materials and Devices

合作研究:要素:灵活

基本信息

  • 批准号:
    1931473
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.86万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-11-01 至 2023-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The project will develop first principles materials modeling software that can approach multiple length and time scales (multiscale). This software will be capable of modeling systems as complex as entire devices and materials of mesoscopic sizes. Over the course of the project the principal investigators plan to develop an open-source python-based software aimed at standardizing and generalizing multiscale simulations methods. This will enable the use of computer modeling in the design of new compounds, materials and devices. The goals are to render multiscale simulations reproducible and accessible by the broader community. In that context, the project will address the notion of "lab 2.0", by which computer simulations replace laboratory experiments in tasks such as materials design and costly combinatorial searches for viable chemical processes. The software will be self-optimized using machine learning and exploit linear workflows approachable by nonexperts. Education and diversity will be promoted by direct participation of underrepresented minorities from high schools and colleges in hackathon workshops and summer research programs.An approach that leverages the long-range multiscale capabilities of continuum models with accurate short-range atomistic descriptions of specific interactions, and that exploits the ideal scalability of quantum-embedding techniques, will be investigated. The main driver of the proposed implementation will be a Python codebase which will carry out the part of current software that is not computationally heavy, but instead is code heavy where many lines of code are needed in typically non-object-oriented languages. This is key to obtain the desired cluster-topology-agnostic workflows. Longstanding problems related to computational scalability and code stiffness will addressed in a three-pronged approach aimed at developing (1) modular tools implementing modules with highly object-oriented codes (e.g., quantum, classical atomistic, and continuum solvers), (2) hybrid tools implementing combinations of modular tools in a way that best exploits high-performance computing architectures, and (3) hyper tools implementing a high-level data-enabled optimization strategy that generates optimal workflows combining several hybrid tools, thereby making the software of broad applicability and accessible to nonexperts. These goals will render multiscale simulations reproducible and accessible by the broader community. The project will address the "lab 2.0" paradigm, by which computer simulations replace laboratory experiments in tasks such as materials design and combinatorial searches for viable chemical processes. The resultant software will be self-optimized using machine learning and exploit linear workflows approachable by nonexperts. Education and diversity will include the direct participation of underrepresented minorities from high schools and colleges in hackathon workshops and summer research programs.This award by the NSF Office of Advanced Cyberinfrastructure is jointly supported by the Division of Chemistry and the Division of Materials Research within the NSF Directorate of Mathematical and Physical Sciences.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目将开发第一原理材料建模软件,该软件可以接近多个长度和时间尺度(多尺度)。该软件将能够对整个设备和介质大小的材料的复杂系统进行建模。在项目过程中,主要研究人员计划开发一种基于Python的开源软件,旨在标准化和推广多尺度模拟方法。 这将使计算机建模在新化合物,材料和设备的设计中使用。目标是使更广泛的社区可重现和访问多尺度模拟。在这种情况下,该项目将解决“实验室2.0”的概念,计算机模拟取代了诸如材料设计和昂贵组合搜索的任务中的实验室实验。该软件将使用机器学习和利用非XPERT可接近的线性工作流进行自优化。教育和多样性将通过在黑客马拉松讲习班和夏季研究计划中直接参与代表性不足的少数群体的直接参与。一种方法来利用连续模型的远距离多尺度能力,具有准确的短距离原子能描述,对特定的交互作用,并利用了对量子 - embed技术的理想可伸缩能力进行的,并利用了对量子 - embedding技术的理想可伸缩性。拟议的实现的主要驱动程序将是Python代码库,该代码库将执行当前软件的一部分,而不是计算重量,而是代码很重,在典型非对象的语言中需要许多代码行。这是获得所需的群集 - 敏捷工作流程的关键。与计算可伸缩性和代码刚度有关的长期问题将以三方面的方法解决,旨在开发(1)具有高度面向对象的代码(例如,量子,经典原子和连续性溶解度)的模块的模块化工具,(2)最佳地实现高级型号的模块化工具,以实现高级型号计算,以实现高效率的计算工具。支持数据的优化策略,该策略结合了几种混合工具,从而生成最佳的工作流程,从而使无关紧要的软件可访问。 这些目标将使更广泛的社区可重现和访问多尺度模拟。该项目将解决“实验室2.0”范式,通过该范式,计算机模拟取代了诸如材料设计和合并搜索可行化学过程的任务中的实验室实验。最终的软件将使用机器学习和利用非XPERT可访问的线性工作流进行自优化。教育和多样性将包括来自高中和学院在Hackathon研讨会和夏季研究计划中的代表性不足的少数群体的直接参与。该奖项由NSF高级Cyber​​infrasture办公室颁发的奖项,由NSF的数学和物理科学授予的NSF材料研究局共同支持。基金会的智力优点和更广泛的影响评论标准。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Adaptive Subsystem Density Functional Theory
自适应子系统密度泛函理论
  • DOI:
    10.1021/acs.jctc.2c00698
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Shao, Xuecheng;Lopez, Andres Cifuentes;Khan Musa, Md Rajib;Nouri, Mohammad Reza;Pavanello, Michele
  • 通讯作者:
    Pavanello, Michele
Revised Huang-Carter nonlocal kinetic energy functional for semiconductors and their surfaces
  • DOI:
    10.1103/physrevb.104.045118
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xuecheng Shao;Wenhui Mi;M. Pavanello
  • 通讯作者:
    Xuecheng Shao;Wenhui Mi;M. Pavanello
Quantum embedding electronic structure methods
量子嵌入电子结构方法
eQE 2.0: Subsystem DFT beyond GGA functionals
  • DOI:
    10.1016/j.cpc.2021.108122
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wenhui Mi;Xuecheng Shao;Alessandro Genova;D. Ceresoli;M. Pavanello
  • 通讯作者:
    Wenhui Mi;Xuecheng Shao;Alessandro Genova;D. Ceresoli;M. Pavanello
Entropy is a good approximation to the electronic (static) correlation energy
熵是电子(静态)相关能的良好近似
  • DOI:
    10.1063/5.0171981
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Martinez B, Jessica A.;Shao, Xuecheng;Jiang, Kaili;Pavanello, Michele
  • 通讯作者:
    Pavanello, Michele
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Michele Pavanello其他文献

Michele Pavanello的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Michele Pavanello', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: CyberTraining: Implementation: Medium: Training Users, Developers, and Instructors at the Chemistry/Physics/Materials Science Interface
协作研究:网络培训:实施:媒介:在化学/物理/材料科学界面培训用户、开发人员和讲师
  • 批准号:
    2321103
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Boosting Density Embedding with Machine Learning and Nonstandard Workflows
通过机器学习和非标准工作流程提高嵌入密度
  • 批准号:
    2154760
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
MRI: Acquisition of a High-Performance Computing Cluster for Research and Teaching at Rutgers University-Newark
MRI:罗格斯大学纽瓦克分校采购高性能计算集群用于研究和教学
  • 批准号:
    2117429
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Electron-Rich Oxide Surfaces
富电子氧化物表面
  • 批准号:
    1742807
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: CDS&E: Nonlocal and Periodic Density Embedding
职业:CDS
  • 批准号:
    1553993
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Electron-Rich Oxide Surfaces
富电子氧化物表面
  • 批准号:
    1507812
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CNIC: US-France-Israel Planning Visit for a Theory-Experiment Collaboration on Electron and Exciton Transfer from Molecular to Nanoscale
CNIC:美国-法国-以色列计划访问电子和激子从分子到纳米尺度的转移理论实验合作
  • 批准号:
    1404739
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

杨柳坪超大型Cu-Ni-PGE矿床硫化物熔体固化过程铂族元素地球化学行为精细研究
  • 批准号:
    42303019
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
深海沉积物中稀土元素超常富集机制――基于富稀土沉积物与水岩实验的对比研究
  • 批准号:
    42372116
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微量元素钒调控能量代谢用于监控结直肠癌治疗及转移抑制的机制研究
  • 批准号:
    62305121
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
稻米镁元素积累新主效QTL克隆和功能研究及其育种利用
  • 批准号:
    32372095
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于可控同位素中子源的月表元素探测机制与载荷实现关键技术研究
  • 批准号:
    42374226
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: Elements: VLCC-States: Versioned Lineage-Driven Checkpointing of Composable States
协作研究:元素:VLCC-States:可组合状态的版本化谱系驱动检查点
  • 批准号:
    2411387
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Elements: Linking geochemical proxy records to crustal stratigraphic context via community-interactive cyberinfrastructure
合作研究:要素:通过社区交互式网络基础设施将地球化学代理记录与地壳地层背景联系起来
  • 批准号:
    2311092
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Elements: Lattice QCD software for nuclear physics on heterogeneous architectures
合作研究:Elements:用于异构架构核物理的 Lattice QCD 软件
  • 批准号:
    2311430
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Elements: ProDM: Developing A Unified Progressive Data Management Library for Exascale Computational Science
协作研究:要素:ProDM:为百亿亿次计算科学开发统一的渐进式数据管理库
  • 批准号:
    2311757
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FuSe: Monolithic 3D Integration (M3D) of 2D Materials-Based CFET Logic Elements towards Advanced Microelectronics
合作研究:FuSe:面向先进微电子学的基于 2D 材料的 CFET 逻辑元件的单片 3D 集成 (M3D)
  • 批准号:
    2329189
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.86万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了