2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K05047
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
善甫 康成 法政大学, 情報科学部, 教授 (60557859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
狩野 覚 法政大学, 情報科学部, 教授 (30107700)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粒子法 / SSPH / 電子状態計算 / 高電子移動度トランジスタ(HEMT) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子法を用いると計算点間の配置には制約はない。その分自由度は増すが、常に精度の確認が必要となる。また粒子法の特徴が生かせるように電子状態の動的な変化の算出が可能な形にしなければならない。このために粒子の配置の決定法について精度を維持しつつ、有効に算出できる手法の検討を行うことが、この研究の主目的である。
このため初年度では、粒子法（特にSSPH）を電界効果トランジスタ(FET)の１次元の解析が可能な半導体デバイスの電子状態計算に適用することで、その精度への影響を見極めることに注力した。その結果、差分法と遜色がないことを示すことができた。特に、電子密度が電子移動度とゲートに印加された電圧によって決まる高移動度トランジスタ(HEMT)を対象とした。電流とゲート印加電圧の関係が１次元の計算によって単純に求めることができるからである。このデバイスの量子準位等を評価するために、特に粒子法の中で精度が高いと言われているSSPHを用いた。解析ではデバイスの典型的な特徴としてI-V特性および増幅率に注目した。HEMTの電子状態の解析にはSSPHだけでなく比較のため有限差分(FD)も用いた。得られた結果はFDの結果とよく一致しており、SSPHの精度がFDと遜色がないことが判明した。
次年度以降では、粒子の配置と精度の関係を見極めつつ、計算点である粒子の動的な変化をさせる最適な配置を見つけることができるような解析を行う予定である。粒子法の特徴である計算領域に計算点(粒子)を均等に配置する必要はなく、電子状態に合わせ高精度な計算が必要な領域へ集中的に粒子を配置することで効率的な計算を行うことが期待できるからである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画に従い初年度計画にそって、小規模サイズでの基本アイデアの試行と計算精度の見極め、基本アイデアを生かすためのプログラムの設計、更に計算精度の確認をしつつ基本的なプログラムを作成することができたためである。比較のため、 SSPHではsmoothing lengthを均一にし、その長さを0.2, 0.3Åと変えて対応するFDの結果と比べたが精度に差は生じていないことから、基本的な計算手法として問題ないことが確認できた。またsmoothing lengthを精度が必要になるHEMTの占有量子準位が分布しているチャネル層付近で倍近くまで増加させたが、結果は変わらずSSPHの有効性がある程度確認できた。同様に結果が比較できるようにFDでも非等間隔の差分を取って両者の結果を比較したところ精度に差はみられなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は電子状態計算が非常に単純となるHEMTなどの半導体デバイスでの解析を行い、粒子法（特にSSPH）を用いた基本的な特徴を調査することができた。次年度以降では計画通り、前年度に確認された手法および仕様に基づく高効率プログラムの実装し、初期プログラム最適化および並列化および実時間実空間の時間依存密度汎関数法への適用により粒子法の特性を生かした計算を実施する予定である。特に、実空間解析では慎重に粒子法の特徴を捉えることができる実例となるような解析を進めていく予定である。初年度の基本設計指針に基づき、現在のベースプログラムを改良し実解析が可能な状況に仕上げていく。
もちろんプログラムの構造とハードウエアのアーキテクチャに合わせ、効率的に計算を進めるための並列化等をすすめる。またベースプログラムを生かし、実時間実空間の時間依存密度汎関数法への適用を進めていく。
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| Causes of Carryover |
主に消耗品の購入時期のずれが原因である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度以降、計画的に使用することにより差額の発生を抑える予定である。
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