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大規模分子シミュレーションによる高機能性光学物質の理論設計

Research Project

Project/Area Number 13J05320
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

吉川 武司  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords線形スケーリング / 分割統治法 / GPGPU / 共通のFermi準位 / 並列計算 / RI近似
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光機能性分子における発光メカニズムや励起緩和等をナノスケールレベルで解明することを目的としている。ナノスケールレベルで励起ダイナミクスを考慮するためには、非局所励起に対する大規模計算理論が必要である。そのため、申請者は第一原理計算を用いた高精度な解析を可能とするために、大規模励起状態計算法の確立と高速化を行った。昨年度までに、従来の線形スケーリング理論では適用が困難な大規模非局所励起状態計算の確立に成功した。具体的には、分極率の極が励起エネルギーに対応するという性質を利用して間接的に励起状態を求める方法である。ただし、この計算方法では分極率の極を求めるために、周波数に対する大量の分極率計算が必要となる。そこで、Green関数法を導入することによって、各周波数に対する計算コストを削減し、更なる高速化を行った。今年度においては、高い演算性能を持つgeneral processing units (GPUs)を利用したプログラムを作成することにより、大きなボトルネックとなっている基底状態計算の高速化を行った。また、並列化効率の低い自己無撞着場(SCF)計算に対して、近似的なFermi準位を決定するアルゴリズムを導入することにより、SCF計算の高並列化に成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2015 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] A divide-and-conquer method with approximate Fermi levels for parallel computations2015

    • Author(s)
      Takeshi Yoshikawa and Hiromi Nakai
    • Journal Title

      Theoretical and Computational Chemistry

      Volume: - Issue: 5 Pages: 53-64

    • DOI

      10.1007/s00214-015-1650-6

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Linear-scaling self-consistent field calculations based on divide-and-conquer method using resolution-of-identity approximation on graphical processing units2015

    • Author(s)
      Takeshi Yoshikawa and Hiromi Nakai
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry

      Volume: 36 Issue: 3 Pages: 164-170

    • DOI

      10.1002/jcc.23782

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of Hartree-Fock exact exchange on intramolecular magnetic coupling constants of organic diradicals2015

    • Author(s)
      Daeheum Cho, Kyoung Chul Ko, Yasuhiro Ikabata, Kazufumi Wakayama, Takeshi Yoshikawa, Hiromi Nakai and Jin Yong Lee
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 142 Issue: 2 Pages: 024318-024318

    • DOI

      10.1063/1.4905561

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Novel approach to excited-state calculations of large molecules based on divide-and-conquer method : Application to photoactive yellow protein2013

    • Author(s)
      Takeshi Yoshikawa, Masato Kobayashi, Atsuhiko Fujii, and Hiromi Nakai
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 117 Issue: 18 Pages: 5565-5573

    • DOI

      10.1021/jp401819d

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 液晶ポリマーのフォトルミネッセンスの測定と計算による検証2015

    • Author(s)
      西川 聖也, 殿井 將史, 吉川 武司, 中井 浩巳, 大木 義路
    • Organizer
      2014年度電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      東京都市大学 世田谷キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-24 – 2015-03-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Acceleration of large-scale calculation with GPGPU : hybrid of divide-and-conquer method and resolution-of-identity approximation2013

    • Author(s)
      Takeshi Yoshikawa, and Hiromi Nakai
    • Organizer
      International Symposium on Computational Sciences : Simulations for Material and Biological Systems
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2013-11-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] GPUを用いた分割統治型電子状態計算の高速化2013

    • Author(s)
      吉川武司、中井浩巳
    • Organizer
      第7回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-09-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的分極率計算に基づく励起状態計算法 : 汎用アルゴリズムの開発2013

    • Author(s)
      野中祐太郎、吉川武司、中井浩巳
    • Organizer
      日本コンピュータ化学会2013春季年会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2013-05-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] CUDA/OpenACCを用いたGPUによる分割統治法の高速化2013

    • Author(s)
      吉川武司、中井浩巳
    • Organizer
      日本コンピュータ化学会2013春季年会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2013-05-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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