IT4Innovations národní superpočítačové centrum v Ostravě slouží k výzkumným účelům. Některé ze zdejších výzkumných projektů však mohou posloužit i obráceně, například k výzkumu vlastností magnetoopticky aktivních materiálů a jejich následného využití k dalšímu zdokonalování výpočetní a komunikační techniky.
Projekt „ IT4Innovat ions národní superpočítačové centrum – cesta k exascale“ je zaměřen na modernizaci výzkumné infrastruktury IT4Innovations a rozvoj vlastního výzkumu za účelem udržení vysoké technologické úrovně HPC (High Performance Computing) v České republice především v porovnání s evropskými zeměmi. Projekt běží od roku 2017 a bude ukončen v roce 2021. Vlastní výzkum se v rámci tohoto projektu realizuje ve třech výzkumných programech. S ohledem na téma tohoto vydání se v následujících řádcích stručně zaměř íme na Výzkumný program vedený pod názvem Modelování fotonických a spin-fotonických struktur, který se zabývá magnetoopticky aktivními materiály, novými terahertzovými zdroji a modelováním fotonických a spin-fotonických struktur. Magnetoopticky aktivní materiály Optické vlastnosti magnetoopticky aktivních materiálů jsou funkcí magnetizace M daného materiálu, tzn. do určité míry také funkcí vnějšího magnetického pole. Lineárně polarizované světlo se po průchodu či odrazu od takového materiálu stává elipticky polarizovaným (obr. 1). Tomuto jevu se říká magnetooptický Kerrův jev (MOKE) a lze jej využít například k výzkumu feromagnetických materiálů, které jsou dnes základním stavebním prvkem vysokokapacitních pevných disků. Dalším využitím je například detekce spintronických a spinkaloritronických jevů, kterým je v posledních letech věnována značná pozornost. Jeden z úspěchů týmu Laboratoře pro modelování pro nanotechnologie IT4Innovations na tomto poli byl rozvoj tzv. kvadratického MOKE (QMOKE), což je příspěvek k celkovému MOKE signálu, který je závislý na magnetizaci v druhém řádu, tzn. úměrný M2.QMOKE je jednak důležitý pro správnou interpretaci všech MOKE dat, ale také nachází využití při charakterizaci tzv. antiferomagnetických materiálů. Ty se mohou stát budoucím médiem pro ukládání dat. Tým působící při Vysoké škole báňské na Technické univerzitě Ostrava (VŠB–TUO) úspěšně vyvinul a aplikoval techniku QMOKE spektroskopie, která dokáže separovat tento příspěvek a určit jeho původ v tenzoru permitivity materiálu ve viditelném spektru s přesahem do UV a IR části spektra. Takto získaná experimentální data pak dokážeme navíc popsat teoretickými výpočty z prvních principů (tzv. ab-initio), kde je mnohdy zapotřebí využít výpočetního výkonu HPC. Nové terahertzové zdroje Terahertzové (THz) záření je část spektra elektromagnetických vln s vlnovou délkou v rozmezí cca. 0,1–1 mm. Má širokou škálu aplikací, kde jako příklad můžeme uvést vysokorychlostní bezdrátovou komunikaci, bezpečnostní skenery (např. na letištích), astrofyziku a charakterizace materiálů. V IT4Innovations navrhují zdroje a detektory THz záření. Jako jeden z úspěchů lze uvést vývoj NH3 molekulárního THz laseru. Modelování fotonických a spin- -fotonických struktur Příkladem (spin-)fotonických struktur je spin-vertical-cavity surface- -emmiting laser (spin-VCSEL). VCSELs jsou fundamentální zařízení ve vysokorychlostní optické komunikaci. V IT4Innovations se zabývají návrhem a optimalizací spin-VCSELů, což jsou lasery, u kterých se ke generaci světla využívá nejenom náboje elektronu, ale také právě jeho spinu (obr. 2.). Návrh a optimalizace těchto struktur je výpočetně velmi náročná a vyžaduje využití HPC. Využití spin-VCSELů v optické komunikaci tak slibuje podstatné navýšení rychlosti přenosu dat. Karel Král S využitím materiálů VŠB–TUO