2018 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation for interaction of matter with extreme pulsed light based on first-principles calculations
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15H03674
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
矢花 一浩 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (70192789)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
乙部 智仁 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主幹研究員(定常) (60421442)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 時間依存密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 超高速現象 / レーザー科学 / アト秒科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
時間依存密度汎関数理論に基づき光電場により生じる電子ダイナミクスを記述する第一原理計算法を発展させ、高強度パルス光と物質の相互作用で起こる様々な現象を調べた。これまで開発を進めてきた計算コードSALMONをオープンソースソフトウェアとしてウェブサイトhttp://salmon-tddft.jpにおいて公開し開発を継続するとともに、コード論文を出版した。
パルス光電場による固体の光応答の基盤的な情報を確立することを目的として、摂動的な３次の非線形応答を精密に分析する手法を開発し、カー効果や３次高次高調波に関わる非線形感受率の計算を行い実験と比較した。また、様々な振動数のパルス電場による誘電体の電子励起を系統的に調べ、ケルディッシュ理論との比較を行うとともに、ラビ振動などの特徴的な励起メカニズムの発現を調べた。さらに円偏光のもとでの電子励起に対する理論を構築した。
マクスウェル方程式と時間依存コーン・シャム方程式を単一の空間グリッドで解くことにより、単原子層からバルク物質に至る様々な厚さの物質と高強度パルス光の相互作用を調べることが可能な、新しい理論と計算法を開発することに成功した。この枠組みは、弱い光電場かつ数nm以下の非常に薄い薄膜に対しては従来知られている２次元物質の線形応答理論に帰着し、10nmを超える厚さの物質に対しては通常の巨視的電磁気学と同等の答えを与える。さらに高強度パルス光の場合、数nm以下の薄膜に対して新たな定式化を与え、10nmを超える厚さの場合はこれまで開発を行ってきたマルチスケール手法に帰着するものとなっており、極めて包括的である。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
電子ダイナミクスの第一原理計算手法である時間依存密度汎関数理論に基づき光と物質の相互作用を記述する汎用のオープンソースソフトウェアSALMON (Scalable Ab-initio Light-Matter simulator for Optics and Nano-science)のウェブサイト。
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[Journal Article] SALMON Scalable Ab-initio Light-Matter simulator for Optics and Nanoscience2018
Author(s)
M. Noda, S.A. Sato, Y. Hirokawa, M. Uemoto, T. Takeuchi, S. Yamada, A. Yamada, Y Shinohara, M. Yamaguchi, K. Iida, I. Floss, T. Otobe, Kyung-Min Lee, K. Ishimura, T. Boku, George F. Bertsch, K. Nobusada, K. Yabana
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Journal Title
Computer Physics Communications
Volume: 235
Pages: 356-365
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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