2017 Fiscal Year Research-status Report
ナノ構造体における励起状態電子‐核相関ダイナミクスの第一原理計算手法の開発
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16K17768
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
鈴木 康光 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 助教 (50756301)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 時間依存密度汎関数理論（TDDFT） / 電子散乱 / 交換相関 / 多成分時間依存密度汎関数理論（TDMCDFT） / 陽電子 / 非断熱 / 散乱理論 / 密度行列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、ナノ構造体における電子・原子核相関ダイナミクスを第一原理的に計算するための手法開発を、時間依存密度汎関数理論（TDDFT）とExact Factorization理論を基にして行っている。平成29年度は、まず前年度に引き続き、TDDFTで電子散乱効果を正しく記述するための交換相関項開発に向けた研究を行った。数値的に解くことができる１次元電子散乱系について、厳密な交換相関ポテンシャルを計算し、その成分のうちの運動項と呼ぶべき項が、電子散乱効果の記述に決定的な役割を果たすことを明らかにした。また、厳密な交換相関項の初期Kohn-Sham状態依存性を解析し、さらに厳密交換ポテンシャル（EXX）、および、非断熱交換相関ポテンシャルVxcSの有効性と限界を明らかにした。特にVxcSは運動項の記述が欠如していることから、今後運動項の汎関数化を目指す方針を打ち立てた。本成果について論文を発表（Physical Review Letters）し、また学会発表（国際学会2件）を行った。
次に、多成分系のダイナミクスの第一原理計算手法である多成分時間依存密度汎関数理論（TDMCDFT）の確立を目指し、電子・陽電子相関系に対するTDMCDFTの開発を行った。原子核を古典電荷として扱うことで電子・陽電子の座標系の定義を行い、また電子・陽電子の時間依存相関効果には、基底状態二成分密度汎関数法の相関項を用いる断熱局所密度近似を用いて理論の定式化を行った。このTDMCDFTを用いて、レーザー場中の陽電子吸着分子のダイナミクスを解析し、陽電子が電子の励起を抑制するように動くことなどを明らかにした。これは、本課題達成のためのTDMCDFT開発を推し進めた重要な成果である。本内容について、学会発表(国際学会１件、国内学会１件）を行った。
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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
本年度は、(1) TDDFTで電子散乱効果を正しく記述するための、初期Kohn-Sham状態依存性の重要性と交換相関項の成分のうちの運動項の解析、そして(2)電子・陽電子・原子核相関ダイナミクス計算のためのTDMCDFTの開発を行うことができた。上記(1)は本課題で開発する計算手法のTDDFT部分の交換相関項開発に向けて具体的な方針を与え、(2)は目標とする計算手法の開発そのものを推し進めた、これらの成果は年度初めに立てた計画を達成したものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに、TDDFTにおいて電子散乱効果を記述するために重要な交換相関運動項の解析と、電子・陽電子・原子核相関ダイナミクス計算のためのTDMCDFTの開発ができたので、次年度においては、これらの成果を基に、以下の二つを推し進める。(1)交換相関運動項を、密度行列の時間発展の近似計算を用いて、軌道の汎関数として定式化する手法の開発。(2) Exact Factorization理論に基づき、量子力学的な原子核と電子の間の相関ポテンシャルも取り込んだ、TDMCDFTの開発。また、開発中の手法を随時応用計算に適用し、その有効性をテストしていく。引き続き、海外共同研究者とも密にディスカッションを行いながら研究を進めていく。
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| Causes of Carryover |
次年度予算と併せて旅費および物品費に使うため、次年度使用額が生じた。
残金245,245円を平成30年度に旅費および物品費として使用する。
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