2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the electronic structure calculation using the particle method
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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)
岩沢 美佐子 法政大学, 理工学部, 助手 (40566816)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 粒子法 / SPH / 電子状態計算 / Bohm形式 / 時間発展 / 線形結合 / 粒子の追加と削除 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子法を用いると計算点(粒子)の配置に制約がない。この点に注目して電子状態計算に適用することが研究課題の特徴である。特に粒子法の特徴を生かすよう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ため、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。
研究遂行中は粒子の配置とその精度および効果について見極めを中心に行った。我々が目指している電子状態の時間的な変化をとらえるために、時間依存の波動方程式を、Bohm形式を用いて解くこととした。これは波束の動的な特性を軌跡データの解析から求める手法として知られており、我々が用いている粒子法との相性が非常に良い。一方、Bohm形式では数値的に不安定であることと、粒子法では計算点である粒子の配置が精度を決めるため、計算点が過度に集中する場合あるいは疎になる場合、精度が低下してしまうという欠点があった。
そこでこれらの課題を解決するために我々は次のような手法を開発した。まず大きな節のない基底状態と節のある励起状態の線形結合を作り時間発展を進める手法である．これにより数値的な不安定さを解消することができた。次に計算点の粗密による課題に対しては、計算点の動的な追加および削除を行うことにより、計算精度を目指す範囲内に抑えることが可能となった。
これらの開発された手法について、基本的な動作例として、電界効果トランジスタ半導体デバイスの電子状態計算での動作特性の解析をはじめ、二重スリットを通過する電子波束の干渉について動的な解析を計算例として確認することができた。計算点間隔が広い場合や極めて狭い場合に新しい計算点の追加や計算点の消去を行うものであり電子状態解析の特徴が出るものである。
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