Il progetto VOLSCAT per lo scattering elettrone-molecola
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caspur.it
Il CASPUR ha sviluppato e reso disponibile alla comunità scientifica una suite di codici altamente ottimizzati per l'analisi delle proprietà chimico-fisiche associate all'interazione di elettroni o positroni con sistemi molecolari complessi. Il ricorso a una parallelizzazione massiva, combinata con l'uso di piattaforme di calcolo eterogenee, facenti ricorso a GPU (Graphics Processing Unit), ha aperto la via alla caratterizzazione di sistemi finora non trattabili dal punto di vista computazionale.
Il progetto VOLSCAT intende produrre un package (affidabile ed efficiente) per lo studio dello scattering (processo di diffusione dell'elettrone) tra particelle cariche (elettroni e positroni) e sistemi molecolari.
Alla base di questo lavoro si pone il crescente interesse della comunità scientifica per le capacità di rottura selettiva di legami molecolari, da parte di elettroni a bassa energia (sotto i 20 eV). Questa rimarchevole proprietà ha aperto la via all'uso 'ingegneristico' di elettroni nel controllo delle reazioni chimiche.
L'analisi computazionale dello scattering elettrone-molecola rappresenta una sfida importante per le dimensioni e il basso grado di simmetria dei sistemi studiati e nella prospettiva di estendere il calcolo a sistemi macro-molecolari.
VOLSCAT prende le mosse dalla collaborazione con il Gruppo di Chimica Fisica Teorica dell'Università degli Studi di Roma "Sapienza" (coordinato dal Prof. Gianturco) che già disponeva di una suite di codici per lo scattering elettrone-molecola, seppure ad un livello di ottimizzazione adatto a molecole di dimensioni ridotte, con un numero limitato di elettroni e/o con un alto grado di simmetria.
L'esigenza di ripensare l'implementazione numerica dell'impianto teorico, così da estendere il ventaglio di sistemi analizzabili, e l'interesse per informazioni dettagliate su questo tipo di processi, rilevante in molte aree di ricerca (fondamentale e applicativa) hanno sostenuto lo sforzo intrapreso con questa iniziativa.
VOLSCAT adotta il metodo dell'espansione monocentrica per risolvere le equazioni quanto-meccaniche dello scattering che descrivono la collisione elastica di elettroni (e positroni) con sistemi molecolari. Il necessario potenziale di interazione tra la particella carica e la molecola viene calcolato dalla libreria esterna di proprietà molecolari SCELib e reso disponibile da una API (Application Program Interface).
L'intera suite di calcolo, portata su GPU, ha visto una drastica riduzione dei tempi di elaborazione.
Il progetto ha prodotto come risultato uno strumento ad alto throughput per l'analisi del complesso problema dello scattering elettrone-molecola, che permette l'analisi automatizzata, veloce e affidabile di una enorme quantità di composti di dimensioni sempre maggiori. Il package è ottimizzato per diverse piattaforme di calcolo (sia Unix che Windows) e può essere compilato in assenza di librerie sotto licenza.