Path Integral Monte Carlo Methods for Computing Polarizability Tensors of Nano-materials and Electrical Impedance Tomography

计算纳米材料极化张量和电阻抗断层扫描的路径积分蒙特卡罗方法

基本信息

  • 批准号:
    1764187
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-08 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research project aims to develop improved efficient numerical methods for two application areas: highly accurate simulation of the electric and magnetic properties of nanometer-scale materials, and electrical impedance tomography. In both areas, numerical computations with traditional methods are challenging, if not impossible. This project aims to develop novel computational methods based on probabilistic representations of solutions to the partial differential equations under study. Results of the project are expected to have wide applicability, from the development of solar cells to the detection of cancer.This project concerns the development of highly accurate and efficient numerical methods to simulate the electric and magnetic polarizability tensors of nanoparticles of complex shapes as in nanowires, quantum dots, and DNA, and fast algorithms for electrical impedance tomography (EIT). Due to the geometric complexities of nanoparticles, numerical computations with traditional mesh-based discretization methods such as finite element and boundary element methods face great challenges, if not impossibility. To meet these challenges, in this project, path integral Monte Carlo (PIMC) methods, based on Feynman-Kac probabilistic representations of solutions to partial differential equations, will be studied for material science applications as well as EIT problems. Compared with traditional grid-based numerical methods, the PIMC methods offer the capability of handling objects with highly irregular geometries arising from materials science applications on the one hand, and provide local solutions of partial differential equations over electrodes in forward problems in EIT on the other hand.
该研究项目旨在为两个应用领域开发改进的高效数值方法:纳米级材料的电磁特性的高精度模拟和电阻抗断层成像。 在这两个领域,用传统方法进行数值计算即使不是不可能,也是具有挑战性的。 该项目旨在开发新的计算方法的基础上的概率表示的解决方案的偏微分方程的研究。 本项目的研究成果,从太阳能电池的开发到癌症的检测,都具有广泛的应用价值。本项目的研究内容是开发用于模拟纳米线、量子点、DNA等形状复杂的纳米粒子的电、磁极化率张量的高精度、高效率的数值方法,以及电阻抗断层成像(EIT)的快速算法。由于纳米颗粒的几何复杂性,传统的基于网格的离散化方法,如有限元和边界元方法的数值计算面临着巨大的挑战,如果不是不可能的。为了应对这些挑战,在这个项目中,路径积分蒙特卡罗(PIMC)方法,基于Feynman-Kac概率表示的偏微分方程的解决方案,将研究材料科学应用以及EIT问题。与传统的基于网格的数值方法相比,PIMC方法一方面提供了处理材料科学应用中高度不规则几何形状物体的能力,另一方面提供了EIT正问题中电极上偏微分方程的局部解。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Exponential convergence for multipole and local expansions and their translations for sources in layered media: two-dimensional acoustic wave
多极和局部展开的指数收敛及其对层状介质中源的转换:二维声波
Clusters of lysozyme in aqueous solutions
水溶液中的溶菌酶簇
  • DOI:
    10.1103/physreve.98.032419
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Baumketner, A.;Cai, W.
  • 通讯作者:
    Cai, W.
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wei Cai其他文献

Transcriptome profiling analysis of sex-based differentially expressed mRNAs and lncRNAs in the brains of mature zebrafish (Danio rerio)
成熟斑马鱼 (Danio rerio) 大脑中基于性别的差异表达 mRNA 和 lncRNA 的转录组分析
  • DOI:
    10.1186/s12864-019-6197-9
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Yuan Wenliang;Jiang Shouwen;Sun Dan;Wu Zhichao;Wei Cai;Dai Chaoxu;Jiang Linhua;Peng Sihua
  • 通讯作者:
    Peng Sihua
Fabrication of lithium niobate metasurfaces via a combination of FIB and ICP-RIE
结合 FIB 和 ICP-RIE 制造铌酸锂超表面
  • DOI:
    10.3788/col202220.113602
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Chunyan Jin;Wei Wu;Lei Cao;Bofeng Gao;Jiaxin Chen;Wei Cai;Mengxin Ren;Jingjun Xu
  • 通讯作者:
    Jingjun Xu
Study on the structure and properties of (1-x) BiYbO3-xBaTiO3 ceramics synthesized by sol–gel method
溶胶凝胶法合成(1-x)BiYbO3-xBaTiO3陶瓷的结构与性能研究
  • DOI:
    10.1080/00150193.2017.1283577
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Gang Chen;Chunlin Deng;Xiaodong Peng;Chunlin Fu;Wei Cai;Rongli Gao;Xiaoling Deng
  • 通讯作者:
    Xiaoling Deng
From RORγt Agonist to Two Types of RORγt Inverse Agonists
从 RORγt 激动剂到两种类型的 RORγt 反向激动剂
  • DOI:
    10.1021/acsmedchemlett.7b00476
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yonghui Wang;Wei Cai;Ting Tang;Qian Liu;Ting Yang;Liuqing Yang;Yingli Ma;Guifeng Zhang;Yafei Huang;Xiaoxia Song;Lisa A. Orb;-Miller;Qianqian Wu;Ling Zhou;Zhijun Xiang;Jia-Ning Xiang;Stewart Leung;Liming Shao;Xichen Lin;Mercedes Lobera;Feng Ren
  • 通讯作者:
    Feng Ren
DeepMartNet - A Martingale based Deep Neural Network learning algorithm for Eigenvalue Problems in High Dimensions
DeepMartNet - 用于高维特征值问题的基于 Martingale 的深度神经网络学习算法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Wei Cai
  • 通讯作者:
    Wei Cai

Wei Cai的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Wei Cai', 18)}}的其他基金

Deep Neural Network Machine Learning for Oscillatory Navier-Stokes Flows and Nonlinear Operators, and High Dimensional Fokker-Planck Equations
用于振荡纳维-斯托克斯流和非线性算子以及高维福克-普朗克方程的深度神经网络机器学习
  • 批准号:
    2207449
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: DMREF: Developing Damage Resistant Materials for Hydrogen Storage and Large-scale Transport
合作研究:DMREF:开发用于储氢和大规模运输的抗损伤材料
  • 批准号:
    2118522
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Multi-Scale Modeling and Numerical Methods for Charge Transport in Ion Channels
合作研究:离子通道中电荷传输的多尺度建模和数值方法
  • 批准号:
    1950471
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
High Order and Efficient Numerical Methods for Simulating Electromagnetic Phenomena
模拟电磁现象的高阶高效数值方法
  • 批准号:
    1802143
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Path Integral Monte Carlo Methods for Computing Polarizability Tensors of Nano-materials and Electrical Impedance Tomography
计算纳米材料极化张量和电阻抗断层扫描的路径积分蒙特卡罗方法
  • 批准号:
    1719303
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
High Order and Efficient Numerical Methods for Simulating Electromagnetic Phenomena
模拟电磁现象的高阶高效数值方法
  • 批准号:
    1619713
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Student Travel: 7th International Conference on Multiscale Materials Modeling; Berkeley, California; 6-10 October 2014
学生旅行:第七届多尺度材料建模国际会议;
  • 批准号:
    1444609
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
A parallel Poisson/Helmholtz solver using local boundary integral equation and random walk methods
使用局部边界积分方程和随机游走方法的并行泊松/亥姆霍兹求解器
  • 批准号:
    1315128
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Structural Transitions during Catalyzed Growth of Semiconductor Nanowires
半导体纳米线催化生长过程中的结构转变
  • 批准号:
    1206511
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Numerical Methods for Wave Propagations in Inhomogeneous Media
非均匀介质中波传播的数值方法
  • 批准号:
    1005441
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

用CLEAN和直接解调方法分析INTEGRAL数据
  • 批准号:
    10603004
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Path Integral Monte Carlo Simulations of Molecular Dopants in Solid Parahydrogen
固体仲氢中分子掺杂剂的路径积分蒙特卡罗模拟
  • 批准号:
    558762-2021
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Doctoral
Path Integral Monte Carlo Simulations of Molecular Dopants in Solid Parahydrogen
固体仲氢中分子掺杂剂的路径积分蒙特卡罗模拟
  • 批准号:
    558762-2021
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Doctoral
Path Integral Monte Carlo Methods for Computing Polarizability Tensors of Nano-materials and Electrical Impedance Tomography
计算纳米材料极化张量和电阻抗断层扫描的路径积分蒙特卡罗方法
  • 批准号:
    1719303
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Path Integral Monte Carlo Simulations of Dense Plasma
致密等离子体的路径积分蒙特卡罗模拟
  • 批准号:
    1640776
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multi-Worm Algorithm for Path Integral Quantum Monte Carlo in Ultracold Dipolar Gases
超冷偶极气体中路径积分量子蒙特卡罗的多蠕虫算法
  • 批准号:
    1552978
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multi-Worm Algorithm for Path Integral Quantum Monte Carlo in Ultracold Dipolar Gases
超冷偶极气体中路径积分量子蒙特卡罗的多蠕虫算法
  • 批准号:
    1415561
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Configuration Path integral Monte Carlo approach to thermodynamical properties of dense plasmas
稠密等离子体热力学性质的配置路径积分蒙特卡罗方法
  • 批准号:
    229818596
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Research Grants
Iterative Monte Carlo path integral methods for quantum dynamics
量子动力学的迭代蒙特卡罗路径积分方法
  • 批准号:
    1112422
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Path-integral Monte Carlo study of dynamic response in mesoscopic devices
介观器件动态响应的路径积分蒙特卡罗研究
  • 批准号:
    21740220
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Path integral Monte Carlo and quantum molecular dynamics simulations dense astrophysicalm plasmas
路径积分蒙特卡罗和量子分子动力学模拟致密天体物理等离子体
  • 批准号:
    5292490
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    $ 18.25万
  • 项目类别:
    Research Grants
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了