Improvement of an advanced kinetic Monte Carlo algorithm through storing and recycling factorised transition matrices

The Kinetic Monte Carlo algorithm is a universal method to simulate the evolution of systems governed by a master equation. However, this approach is severely limited by the kinetic trapping of the simulated trajectories in low energy basins. To alleviate this issue, non-local transitions escaping t...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Vanacker, Thomas
Format: Others
Language:English
Published: KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) 2018
Subjects:
Online Access:http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-239920
Description
Summary:The Kinetic Monte Carlo algorithm is a universal method to simulate the evolution of systems governed by a master equation. However, this approach is severely limited by the kinetic trapping of the simulated trajectories in low energy basins. To alleviate this issue, non-local transitions escaping the trapping basins are performed based on a factorisation of the transition matrix associated with the master equation. Whenever trapping becomes severe, the simulation repeatedly visits a limited number of basins and performs the same factorisations many times. In this report, we present two methods aiming at further improving the efficiency of the factorised Kinetic Monte Carlo algorithm. The first method consists of storing and recycling the transition matrix factorisations, while the second method constructs on-the-fly a graph connecting the factorised transition matrices. The efficiency of these methods is demonstrated on simulations of cluster migration in an iron-based alloy. === Kinetisk Monte Carlo är en universell metod för att simulera utvecklingen hos system som styrs av en master-ekvation. Metoden begränsas dock kraftigt av att de simulerade banorna fångas i potentialgropar. För att mildra problemet utförs icke-lokala övergångar som baseras på faktorisering av övergångsmatrisen för master-ekvationen. Dessa övergångar undviker potentialgroparna. Närhelst infångandet blir för besvärligt besöks ett begränsat antal gropar och samma faktorisering utförs många gånger. I detta examensarbete presenteras två metoder som syftar till att ytterligare öka effektiviteten hos algoritmen Kinetisk Monte Carlo. Den första metoden består i att lagra och återanvända faktoriseringarna av övergångsmatrisen medan den andra metoden konstruerar en graf i flykten som sammanbinder de faktoriserade övergångsmatriserna. Effektiviteten hos metoderna demonstreras genom simuleringar av klustermigration hos en järnbaserad legering.