초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구과제에서는 나노소자 개발을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 기술의 코드 수정 및 개발을 위한 기술과 개발된 기술을 이용할 수 있는 응용기술을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 먼저, 병렬 컴퓨팅 계산 환경을 구축한다. Real-space Ab-initio 기법의 도입과 Plane-wave를 기반으로 하는 Ab-initio 기법이 갖고 있던 단점을 보완하고, 분자동역학 계산 분야에서는 원자의 포텐셜이 금속 또는 불활성 기체에 대해서만 한정되어 있다는 단점을 보완, 산화물과 같이 공유결합을 하고 있는 재료에 대한

연구의 목적 및 내용
본 연구과제에서는 나노소자 개발을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 기술의 코드 수정 및 개발을 위한 기술과 개발된 기술을 이용할 수 있는 응용기술을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 먼저, 병렬 컴퓨팅 계산 환경을 구축한다. Real-space Ab-initio 기법의 도입과 Plane-wave를 기반으로 하는 Ab-initio 기법이 갖고 있던 단점을 보완하고, 분자동역학 계산 분야에서는 원자의 포텐셜이 금속 또는 불활성 기체에 대해서만 한정되어 있다는 단점을 보완, 산화물과 같이 공유결합을 하고 있는 재료에 대한 연구를 시행 할 수 있도록 “ES+EAM" 기법을 도입하기로 하였다. 나아가, 제일 원리 계산과 분자동역학 기법을 접목시킨 멀티스케일 컴퓨터 시뮬레이션 기법의 도입이 본 연구의 목적이다.
연구결과
본 연구 과제는 수행기간에 맞추어 수립한 세부계획에 따라 진행되었다. 4년간의 과제를 통하여 Myrinet 기반의 인텔 코어2급 322노드의 병렬 클러스터 컴퓨터를 추가 구축하였고 이는 대학 연구실 수준에서 가장 큰 규모이다. Real-space Ab-initio 기법의 도입에 있어서는 관련 저서 또는 논문을 통하여 계산 이론의 신뢰성을 확보하였으며, 응용프로그램인 PARSEC의 격자 시스템 구성 원리의 분석, 초기 Pseudopotential 및 Wavefunction 설정방법 습득 및 Hamiltonian operator 설정 방식을 정립하였다. 또한 Vienna Computational Materials Laboratory과의 협력을 통해 Vienna Ab-initio Simulation Package의 소스 수정과 보안이 이루어졌다.
분자동역학 기법의 개선을 위하여 LAMMPS 분자동역학 프로그램을 분석한 후, EAM 포텐셜을 이용한 금속 시스템에 대한 데이터베이스 구축 및 박막 증착의 최적화를 위한 ES+EAM 시뮬레이션 기법의 modification에 대한 핵심 이론을 정립하였다. Reactive Force Field 포텐셜을 사용한 분자동역학 시뮬레이션을 도입하여 전자의 이동을 고려한 산화물 반도체 시스템 연구를 또한 수행하였다. 제일 원리 계산과 분자동역학 기법이 접목된 멀티스케일 시뮬레이션을 활용한 연구 결과 논문(SCI)도 출간 되었다.
축척된 기술을 이용하여 수소 에너지, 자성 메모리, 형광체 등의 여러 분야에 적용하여 좋은 연구 결과 논문(SCI)이 출간 되였다.
연구결과의 활용계획
- 실제 실험에서 발생하고 있는 Trial & error를 줄여 연구 분야와 산업에서 실질적인 비용절감의 효과를 가져 올 수 있다.
- 실제 실험 결과를 토대로 기본원리의 분석을 보다 정확히 하여 응용 기술에 대한 제시, 원천 기술을 확보할 수 있다.
- 나노 물질의 설계, 나노 소자의 설계 및 특성을 평가를 보다 정확히 할 수 있으며, 나노 공정의 해석 및 최적화에 활용할 수 있다.

Abstract ▼

Purpose& contents
In this study, fundamental and applicative code-development/modification is the main purpose to contribute to nano-scale devices. For that, parallel computing machine has to be set up. With Real-Space Ab-initio code, week points of plane-wave basis Ab-initio code can be mitigate

Purpose& contents
In this study, fundamental and applicative code-development/modification is the main purpose to contribute to nano-scale devices. For that, parallel computing machine has to be set up. With Real-Space Ab-initio code, week points of plane-wave basis Ab-initio code can be mitigated. In MD(Molecular Dynamics), potentials are limited for few materials like metals and inert gases. Adopting ES+EAM technique, it is possible to simulate on materials with covalent bonding, like oxides. Futhermore, effective multiscale simulation technique is the essential part for hybridizing first-principle calculation and MD simulation.
Result
This research has been successfully performed along the yearly schedule. For 4 years, Intel Core2 322 nodes cluster based on Myrinet server has been set up, which is the largest calculating machine among domestic universities. In Real-space Ab-initio technique, we performed reliable theoretical works with the related papers. Adopting software PARSEC, we analyzed lattice system elements and could set up initial pseudopotential, wavefunction, and Hamiltonian operator successfully. Also, source code of Vienna Ab-initio Simulation Package had been modified through the co-work with Vienna Computational Materials Laboratory.
For MD field, software package LAMMPS successfully implemented. EAM potential databases on metallic system were built up and the modification of ES+EAM technique modification for optimizing thin film process was conducted. Adopting Reactive Force Field potentials, MD simulation on oxide systems considering electronic charge could be accurately calculated.
Finally, multiscale simulation which hybridized first-principle calculation and molecular dynamics has been conducted and the result was published in SCI journals.
Expected Contribution
- Reducing trial errors in practical experiments, fast and economical materials design is possible in research and industrial field.
- Based on data from practical experiments, it is possible to analyze materials phenomena and to predict their applications, which can be the basic of core technology.
- Materials and devices can be designed and characterized more accurately, which can be applied to analysis of nano-processing and its optimization.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 한글요약문 ... 5
• 2. SUMMARY ... 6
• Ⅲ. 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 67
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 68
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 69
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 70
• 8. 참고문헌 ... 71
• 9. 연구성과 ... 73
• 10. 기타사항 ... 93