グリーン関数法に基づく電子励起ダイナミックス計算コードの開発

• Project Area: Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
• Project/Area Number: 25104713
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 大野 かおる 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40185343)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 第一原理計算 / 自己無撞着GW近似 / 全電子混合基底法 / 全エネルギー / 電子励起状態 / 原子・分子・クラスター / ハイブリッド並列 / FORTRAN90 / Li2クラスター

Outline of Annual Research Achievements

自己無撞着GW法において、plasmon pole modelに基づくLuttinger-Ward汎関数Φの評価法を提案し、全エネルギーの表式を与えた。これを我々のグループで開発を進めている全電子混合基底法のプログラム（TOMBO）に実装した。全電子混合基底法は原子軌道と平面波の二つの基底関数を使って準粒子波動関数を表現する方法であり、内殻の局在した電子状態から、価電子や非占有軌道の空間的に広がった電子状態まであらゆる電子状態を効率的に表現することができる他、孤立系から結晶までを統一的に扱えるプログラムになっている。これはFORTRAN90を用いてMPIとOpenMPのハイブリッド並列がなされており、メモリ分散処理されているため、特にGW近似に関わる計算部分では並列機で高いスケーラビリティを示す。これにより、He, Be, Ne, Mg, Ar, Ca原子に対して、LDA, Hartree-Fock近似、GWAにおいてビリアル定理が成り立つことを示し、また、等殻2原子分子（B2, Al2, Si2）の安定スピン状態を議論した。自己エネルギーのω依存性による非エルミート性を回避するために、自己エネルギーをωについて線形化する linearized GW（LGW）法を提案した。そして、これをTOMBOに実装し、このプログラムを用いて、LGW法により、Li, Na原子およびダイマーの準粒子エネルギーと全エネルギー（virial比を含む）を評価した。これらの結果は３報の英文査読付論文に発表した。また、Green関数の満たすDyson方程式の時間発展を準粒子波動関数に対する方程式として解く方法を提案し、これをT行列の時間発展に拡張するアイデアを、12月に開かれた本新学術領域国際シンポジウムISC-QSD2014でポスター発表した。

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。

Research Products

• [Journal Article] TOMBO: All-electron mixed-basis approach to condensed matter physics (2015)
  • Author(s): Shota Ono, Yoshifumi Noguchi, Ryoji Sahara, Yoshiyuki Kawazoe, and Kaoru Ohno
  • Journal Title: Computer Physics Communications Volume: 189 Pages: 20-30
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2014.11.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-Temperature, Solution-Based, Scalable Synthesis of Sb2Te3 Nanoparticles with an Enhanced Power Factor (2014)
  • Author(s): Heng Quan Yang, Lei Miao, Ming Zhang, Kaoru Ohno, Jian Hua Zhou, Hui Gu, Yang Shen, and Hong Lin
  • Journal Title: Journal of Electronic Materials Volume: 43 Issue: 6 Pages: 2165-2173
  • DOI: 10.1007/s11664-014-2995-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of environmental factors on the conversion efficiency of solar thermoelectric co-generators comprising parabola trough collectrors and thermoelectric modules without evacuated tubular collector (2014)
  • Author(s): Chao Li, Ming Zhang, Lei Miao, Jianhua Zhou, Yi Pu Kang, C. A. J. Fisher, Kaoru Ohno, Yang Shen, and Hong Lin
  • Journal Title: Energy Conversion and Management Volume: 86 Pages: 944-951
  • DOI: 10.1016/j.enconman.2014.06.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterojunction of single-walled capped carbon nanotube and zinc phthalocyanine with high energy conversion efficiency (2014)
  • Author(s): Shota Ono, Riichi Kuwahara, and Kaoru Ohno
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 116 Issue: 5
  • DOI: 10.1063/1.4892093
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Validity of virial theorem in all-electron mixed basis density functional, Hartree--Fock, and GW calculations (2014)
  • Author(s): Riichi Kuwahara, Yoichi Tadokoro, and Kaoru Ohno
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 141 Issue: 8
  • DOI: 10.1063/1.4893477
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Linearized self-consistent GW approach satisfying the Ward identity (2014)
  • Author(s): Riichi Kuwahara and Kaoru Ohno
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 90 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.90.032506
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Stable spin states of boron, aluminum, and silicon dimers in a self-consistent GW calculation (2014)
  • Author(s): Riichi Kuwahara and Kaoru Ohno
  • Journal Title: Mod. Phys. Lett. B Volume: 28 Issue: 20 Pages: 1450166-1450166
  • DOI: 10.1142/s0217984914501668
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 全電子混合基底法プログラムTOMBOを活用した材料科学 (2014)
  • Author(s): 佐原亮二、小野頌太、大野かおる
  • Journal Title: まてりあ（日本金属学会会報） Volume: 53 Pages: 400-404
  • NAID: 130004687160
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metallic three-coordinated carbon networks with eight-membered rings showing high density of states at the Fermi level (2014)
  • Author(s): Yusuke Noda, Shota Ono, and Kaoru Ohno
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 16 Issue: 15 Pages: 7102-7107
  • DOI: 10.1039/c4cp00159a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tunable Seebeck Coefficient in Monolayer Graphene Under Periodic Potentials (2014)
  • Author(s): Shota Ono, Ming Zhang, Yusuke Noda, and Kaoru Ohno
  • Journal Title: J. of Electronic Materials Volume: 43 Issue: 6 Pages: 1505-1508
  • DOI: 10.1007/s11664-013-2750-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sensitive electron capture decay rate of 7Be encapsulated in carbon nanotubes: A density functional study (2013)
  • Author(s): Shota Ono
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 561-562 Pages: 137-141
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.01.054
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of nickel dimer on the dissociation dynamics of hydrogen molecule (2013)
  • Author(s): Ryoji Sahara, Hiroshi Mizuseki, Marcel H. F. Sluiter, Kaoru Ohno, and Yoshiyuki Kawazoe
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 3 Issue: 30 Pages: 12307-12312
  • DOI: 10.1039/c3ra40928g
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Organic solar cells based on capped-carbon nanotubes: End-cap geometry dependence of the power-conversion efficiency (2014)
  • Author(s): Shota Ono, Kousei Tanikawa, Riichi Kuwahara, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 9th General Meeting of Asian Consortium on Computational Materials Science - Virtual Organization (ACCMS-VO9)
  • Place of Presentation: 沖縄
  • Year and Date: 2014-12-20 – 2014-12-22
• [Presentation] First principles calculations of sp2 carbon nanomaterials with octagons (2014)
  • Author(s): Yusuke Noda, Shota Ono, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 9th General Meeting of Asian Consortium on Computational Materials Science - Virtual Organization (ACCMS-VO9)
  • Place of Presentation: 沖縄
  • Year and Date: 2014-12-20 – 2014-12-22
• [Presentation] Development of a time-dependent T-matrix theory (2014)
  • Author(s): Kaoru Ohno, Shota Ono, Swastibrata Bhattacharyya, Tomoyuki Horikiri, and Hideo Kosaka
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学小柴ホール
  • Year and Date: 2014-12-01 – 2014-12-03
• [Presentation] First-principle study of small nickel cluster structure and hydrogen dissociation on nickel dimer (2014)
  • Author(s): Pham Thi Nu and Kaoru Ohno
  • Organizer: International Symposium on Small Particles and Inorganic Clusters (ISSPIC XVII)
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-12
• [Presentation] 希ガス原子のvan der Waals 相互作用の第一原理計算 (2014)
  • Author(s): 正地徹、小野頌太、大野かおる
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] キャップ付きカーボンナノチューブ/フタロシアニン接合太陽電池のエネルギー変換効率計算 (2014)
  • Author(s): 小野頌太、桑原理一、大野かおる
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Accurate electronic band structure of transition metal oxide with doping using GW calculation: Nb-doped rutile TiO2 (2014)
  • Author(s): Ming Zhang, Shota Ono, and Kaoru Ohno
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] キャップ付きカーボンナノチューブと亜鉛フタロシアニンのヘテロ接合太陽電池のエネルギー変換効率の理論算出 (2014)
  • Author(s): 小野頌太、桑原理一、大野かおる
  • Organizer: ナノ学会第１２回大会
  • Place of Presentation: 京都大学宇治キャンパス
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-24
• [Presentation] 擬1次元ピーナッツ型フラーレンポリマーの熱電特性計算 (2014)
  • Author(s): 野田祐輔、Keivan Esfarjani，大野かおる
  • Organizer: ナノ学会第１２回大会
  • Place of Presentation: 京都大学宇治キャンパス
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-24
• [Presentation] 原子球内ポテンシャル計算の高速化 ―高速高精度フーリエ変換法の開発 ― (2014)
  • Author(s): 小野頌太、大野かおる
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学、湘南キャンパス
• [Presentation] 電解質溶液中におけるAu表面上のシステイン分子の吸着状態解析 (2014)
  • Author(s): 藤森佑人、二之宮成樹、大野真也、野田祐輔、大野かおる、関谷隆夫、田中正俊
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学、湘南キャンパス
• [Presentation] 単層グラフェンの熱電性能指数における超格子ポテンシャル印加効果 (2013)
  • Author(s): 小野頌太、張明、野田祐輔、大野かおる
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Presentation] GW calculation of electronic structure of titanium dioxide with oxygen vacancies and Nb doping (2013)
  • Author(s): 張明、小野頌太、大野かおる
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Presentation] 全電子混合基底法による水酸化鉄IIの生成ダイナミクス (2013)
  • Author(s): 佐田健太郎、大野かおる、小野頌太
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Presentation] Non-adiabatic simulation of simple chemical reaction in time-dependent density functional theory (2013)
  • Author(s): Pham Thi Nu, and Ohno Kaoru
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Presentation] 孤立８員環を含むナノカーボン材料の電子状態解析 (2013)
  • Author(s): 野田祐輔、小野頌太、大野かおる
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Presentation] 全電子混合基底法プログラムTOMBOによる水素貯蔵材料設計 (2013)
  • Author(s): 佐原亮二、土谷浩一、水関博志、Marcel Sluiter、大野かおる、川添良幸
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Presentation] Tunable Seebeck Coefficient in Monolayer Graphene Under Periodic Potentials (2013)
  • Author(s): Shota Ono, Ming Zhang, Yusuke Noda, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
• [Presentation] Low-Temperature, Solution-Based, Scalable Synthesis of Sb2Te3 Nanoparticles with an Enhanced Power Factor (2013)
  • Author(s): Heng Quan Yang, Lei Miao, Ming Zhang, Kaoru Ohno, Jian Hua Zhou, Hui Gu, Yang Shen, and Hong Lin
  • Organizer: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
• [Presentation] Thermoelectric properties of one-dimensional peanut-shaped fullerene polymers with eight-membered rings (2013)
  • Author(s): Yusuke Noda, Keivan Esfarjani, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
• [Presentation] The almighty first-principles program, TOMBO (2013)
  • Author(s): K. Ohno, R. Kuwahara, S. Ono, Y. Noguchi, R. Sahara, H. Mizuseki, and Y. Kawazoe
  • Organizer: The 7th Conference of the Asian Consortium on Computational materials Science (ACCMS7)
  • Place of Presentation: Nakhon Ratchasima, Thailand
  • Invited
• [Presentation] Efficient self-consistent density functional theory calculation using the Chebyshev polynomials (2013)
  • Author(s): Shota Ono and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 7th Conference of the Asian Consortium on Computational materials Science (ACCMS7)
  • Place of Presentation: Nakhon Ratchasima, Thailand
• [Presentation] lectronic structure of titanium dioxide with oxygen vacancies and Nb doping (2013)
  • Author(s): Ming Zhang, Shota Ono, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 7th Conference of the Asian Consortium on Computational materials Science (ACCMS7)
  • Place of Presentation: Nakhon Ratchasima, Thailand
• [Presentation] Estimation of figure of merit for one-dimensional peanut-shaped fullerene polymers (2013)
  • Author(s): Yusuke Noda, Keivan Esfarjani, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 7th Conference of the Asian Consortium on Computational materials Science (ACCMS7)
  • Place of Presentation: Nakhon Ratchasima, Thailand
• [Presentation] 第一原理計算ソフトTOMBOの電子構造計算の高速化 ―Chebyshev多項式を用いた行列要素計算 ― (2013)
  • Author(s): 小野頌太、大野かおる
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 徳島大学、南常三島キャンパス
• [Presentation] １次元ピーナッツ型フラーレンポリマーの熱電性能指数の計算 (2013)
  • Author(s): 野田祐輔、Keivan Esfarjani, 大野かおる
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 徳島大学、南常三島キャンパス
• [Presentation] 全電子混合基底法による水酸化鉄IIの生成ダイナミクス (2013)
  • Author(s): 佐田健太郎、大野かおる
  • Organizer: 日本金属学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
• [Presentation] Development of the all-electron mixed basis program, TOMBO (2013)
  • Author(s): K. Ohno, R. Kuwahara, S. Ono, Y. Noguchi, R. Sahara, H. Mizuseki, and Y. Kawazoe
  • Organizer: The 8th General Meeting of the Asian Consortium on Computational materials Science - Virtual Organization (ACCMS-VO8)
  • Place of Presentation: Sendai/Matsushima
  • Invited
• [Presentation] Thermoelectric properties of capped one-dimensional peanut-shped fullerene polymers (2013)
  • Author(s): Yusuke Noda, Keivan Esfarjani, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 8th General Meeting of the Asian Consortium on Computational materials Science - Virtual Organization (ACCMS-VO8)
  • Place of Presentation: Sendai/Matsushima
• [Presentation] GW calculation of electronic structure of titanium dioxide with Nb doping using TOMBO (2013)
  • Author(s): Ming Zhang, Shota Ono, and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 8th General Meeting of the Asian Consortium on Computational materials Science - Virtual Organization (ACCMS-VO8)
  • Place of Presentation: Sendai/Matsushima
• [Presentation] Acceleration of three-dimensional Fourier transformation to obtain one-dimensional radial potential in TOMBO (2013)
  • Author(s): Shota Ono and Kaoru Ohno
  • Organizer: The 8th General Meeting of the Asian Consortium on Computational materials Science - Virtual Organization (ACCMS-VO8)
  • Place of Presentation: Sendai/Matsushima
• [Presentation] Accurate First-Principles Calculation of Electronic Excitation Energy Spectra of Molecules and Nanoclusters --- Quasiparticle Wave Function Approach in Many-Body Perturbation Theory --- (2013)
  • Author(s): Kaoru Ohno
  • Organizer: The 4 th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA 2013)
  • Place of Presentation: Vung Tau, Vietnam
  • Invited
• [Presentation] 全電子混合基底第一原理プログラムTOMBOの拡張 (2013)
  • Author(s): 松木隆紀、宇川恭秀、小野頌太、大野かおる
  • Organizer: ナノ学会第１１回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学百年記念館
• [Book] 水素利用技術集成Vol. 4 (2014)
  • Author(s): 佐原亮二、水関博志、Marcel Sluiter、大野かおる、川添良幸
  • Total Pages: 300
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Book] 水素利用技術集成Vol. 4（「全電子混合基底法プログラムを用いた水素貯蔵材料設計」の章） (2014)
  • Author(s): 佐原亮二、水関博志、Marcel Sluiter、大野かおる、川添良幸
  • Total Pages: 300
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Remarks] 研究者詳細
  • URL: http://er-web.jmk.ynu.ac.jp/html/OHNO_Kaoru/ja.html
• [Remarks] Kaoru Ohno Laboratory
  • URL: http://www.ohno.ynu.ac.jp/
• [Remarks] 横浜国立大学研究者総覧
  • URL: http://er-web.jmk.ynu.ac.jp/html/OHNO_Kaoru/ja.html
• [Remarks] Kaoru Ohno Laboratory
  • URL: http://www.ohno.ynu.ac.jp/