The MLIT scientist defended his PhD thesis on the numerical study of multiparametric models of Josephson structures 12 сентября в Лаборатории информационных технологий им. М. Г. Мещерякова научный сотрудник ЛИТ Максим Башашин с успехом защитил свою диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Диссертационная работа Максима Башашина посвящена численному исследованию сверхпроводящих процессов и физических характеристик в многопараметрических моделях джозефсоновских структур. Работа была выполнена под руководством доктора физико-математических наук Елены Земляной, начальника Сектора расчетов сложных физических систем НОВФ ЛИТ ОИЯИ. Научным консультантом выступил кандидат физико-математических наук Илхом Рахмонов, старший научный сотрудник Сектора физики наноструктур Научного отдела теории конденсированных сред Лаборатории теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова ОИЯИ. Официальные оппоненты: д.ф.-м.н. Александр Цирулев, профессор кафедры общей математики и математической физики Тверского государственного университета, и д.ф.-м.н. Владимир Судаков, ведущий научный сотрудник, доцент ФИЦ «Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша» РАН. «За время работы в ЛИТ ОИЯИ Максим Башашин показал себя как квалифицированный специалист в области математического моделирования, способный разрабатывать алгоритмы и проблемно-ориентированные комплексы программ, проводить численный анализ многопараметрических моделей сложных физических систем. Я особенно хочу отметить трудоспособность и инициативность Максима, его стремление наилучшим образом выполнить поставленные задачи, предлагая собственные подходы для их решения», — подчеркнула Елена Земляная, комментирую работу своего подопечного. Как отмечают специалисты, современная полупроводниковая микроэлектроника подошла к своему пределу в плане дальнейшего уменьшения размеров и увеличения быстродействия вычислительных систем на этой основе. С другой стороны, сверхпроводниковая микроэлектроника в последние десятилетия демонстрирует заметное продвижение как в теоретическом понимании механизмов сложных процессов в таких системах, так и в развитии технологий для их практического применения. В этой сфере активное внимание научного сообщества направлено на исследование фундаментальных закономерностей, определяющих особенности динамических процессов в джозефсоновских структурах различных типов. В научных кругах широко обсуждаются возможности использования систем длинных джозефсоновских переходов (ДП) в качестве элементной базы для квантовых процессоров и сверхпроводящей компьютерной памяти. Эффект Джозефсона является основой для генерирования и детектирования когерентного электромагнитного излучения в терагерцовой области. Первая из двух исследованных в диссертационной работе Максима Башашина моделей описывает одну из таких систем длинных ДП с емкостной и индуктивной связью между соседними переходами. Вторая исследованная в диссертации модель – это модель аномального джозефсоновского перехода – ϕ0-перехода типа сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник со спин-орбитальной связью в ферромагнитном слое. Эта модель относится к активно развивающемуся в последнее десятилетие направлению, называемому «сверхпроводниковой спинтроникой». Здесь особое внимание исследователей привлекает возможность управления магнитным моментом посредством изменения сверхпроводящего тока, а также динамика сверхпроводящих процессов под действием внешнего магнитного поля. Обе модели описываются системами нелинейных дифференциальных уравнений, решения которых зависят от большого числа физических параметров. Исследование свойств и расчет физических характеристик моделируемых структур сводится к многократному численному решению упомянутых систем уравнений в широком диапазоне параметров. Важным фактором для более быстрого получения физически значимых результатов является повышение производительности компьютерного моделирования за счет реализации параллелизма и за счет использования вычислительных систем, которыми располагает ЛИТ. В рамках диссертационной работы Максимом Башашиным с применением технологий параллельного программирования MPI и OpenMP были созданы комплексы проблемно-ориентированных программ для численного исследования на вычислительных системах с параллельной архитектурой физических характеристик в модели стека длинных ДП с емкостной и индуктивной связью и для исследования явления переворота магнитного момента в модели ϕ0-перехода со спин-орбитальной связью в ферромагнитном слое. Проведенное на кластере HybriLIT и суперкомпьютере “Говорун” тестирование разработанных параллельных программ показало, что максимальное ускорение вычислений в параллельном режиме по сравнению с последовательным расчетом составляет до 10 раз для задачи по моделированию ВАХ в системе длинных ДП и до 30 раз для задачи по моделированию переворота магнитного момента в ϕ0-переходе. Численное моделирование вольт-амперных характеристик (ВАХ) системы длинных связанных ДП показало, что даже слабая индуктивная и емкостная связь между соседними ДП приводит к появлению новых флюксонных состояний, что отражается на структуре ВАХ и интенсивности электромагнитного излучения. Численное исследование модели ϕ0-перехода со спин-орбитальной связью в ферромагнитном слое выявило закономерности и влияние ряда факторов на периодическую структуру областей параметров, где реализуется переворот магнитного момента. Разработанные комплексы программ переданы в библиотеку программ JINRLIB для свободного использования и используются в настоящее время для дальнейших исследований моделей джозефсоновских структур различных конфигураций. В процессе обсуждения диссертации было отмечено, что разработанные в диссертации методы могут найти применение для численного исследования моделей фотоники и биофизики. К работам в области численного исследования джозефсоновских структур, Максим Башашин подключился в 2015 году, будучи еще студентом Государственного университета «Дубна». Эти исследования проводились в тесном сотрудничестве с учеными из Лаборатории теоретической физики. По отзывам коллег, он проявил себя как грамотный специалист и внес серьезный вклад в получение ряда физических результатов, важных для понимания механизмов влияния различных факторов на поведение ДП и структуру соответствующих физических характеристик. В 2016 году Максим Башашин окончил с отличием Государственный университет «Дубна» с присвоением квалификации «магистр» по направлению подготовки «Системный анализ и управление». В 2023-2024 году он сдал экзамены кандидатского минимума в этом же университете. В настоящее время Максим Башашин работает в должности научного сотрудника в Секторе расчетов сложных физических систем Научного отдела вычислительной физики ЛИТ ОИЯИ, где и была выполнена его диссертационная работа, продолжая заниматься исследованиями как в области моделирования джозефсоновских структур, так и в других направлениях, связанных с компьютерным анализом сложных физических систем. Помимо результативной научной работы, Максим Башашин занимается преподавательской деятельностью в филиале МГУ в Дубне в рамках нового направления «Прикладная математика и информатика» (программа «Методы обработки данных в гетерогенных вычислительных средах») и в Университете «Дубна», а также участвует в деятельности группы HybriLIT.
