Simulate the behavior of graphene in external electric fields

В работе представлены результаты, полученные при разработке программного комплекса для вычисления наблюдаемых параметров монослойного графена в условиях действия на него внешнего электрического поля. Используемая физическая модель позволяет детально воспроизводить такие параметры, но требует большого объёма вычислений для получения точных значений. Основой модели является система кинетических уравнений, обеспечивающих вычисление зависящей от времени функции распределения носителей заряда в двумерном импульсном пространстве. Требуемые вычислительные ресурсы пропорциональны количеству узлов расчетной сетки, покрывающей импульсное пространство. Характер поведения модели позволяет использовать локальные сетки, покрывающие только относительно небольшую часть полной области определения вычисляемой функции. Применительно к моделированию результатов действия коротких высокочастотных импульсов электрического поля показано, что анализ поведения модели при максимальном уровне внешнего поля может использоваться для поиска и локализации областей в импульсном пространстве, определение функции распределения в которых достаточно для получения значений наблюдаемых. Даже в условиях действия слабых внешних электрических полей область локализации функции распределения можно определять по результатам вычисления её значений на относительно разреженных сетках. Получение наблюдаемых параметров основано на вычислении интегральных характеристик функции распределения в двумерном импульсном пространстве. Реализация такого интегрирования одновременно с вычислением в параллельном режиме значений функции распределения на оптимизированной сетке избавляет от ненужного сохранения значений функции распределения, выдавая на выходе одномерные временные ряды, представляющие данные о динамике наблюдаемых параметров, интересных с точки зрения анализа поведения рассматриваемой модели.