2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of all-electron first-principles method for core electron excitation spectra
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17K05565
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野口 良史 東京大学, 物性研究所, 助教 (60450293)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / XPS / 多体摂動論 / GW法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、研究計画書に従いX線光電子分光（XPS）を第一原理から高精度に求めることを目指した手法開発を行なった。申請者が開発を行なっている全電子混合基底法プログラムを用いて、GW近似の範囲でXPSを求めることを考えている。通常のGW計算（one-shot GWやG0W0と呼ばれれる）ではG0を密度汎関数理論（DFT）の範囲で求めるために、結果が交換相関ポテンシャルに強く依存してしまう。特にDFT計算では局所密度近所(LDA)や一般化勾配近似（GGA）がよく用いられるが、これらの近似は価電子帯のような非局在した電子状態には深刻な問題を起こすことはないが、内殻電子のような原子核に強く局在した電子状態に対しては問題がある。本研究課題で取り組むXPS計算ではこの問題を克服する必要がある。今年度は、自己無撞着GW（SCGW）を全電子混合基底法プログラムへ実装した。この作業はすでに完了しており、実際にSCGW計算を行うことができるようになった。しかしテスト計算を実施して来た過程で、計算コストが当初予想していたよりもかかることが判明した。最新のスーパーコンピュータを用いたとしてもCPUを使用した計算では計算時間がかかりすぎるために、現状では計算を続けることは困難であると判断した。そこでテスト計算を中断して、急遽プログラムをCUDA化することにした。幸い本計算は行列同士の掛け算にほとんどの計算時間がかかっているためにCUDA化する箇所は最小限に留めることができた。その結果、CPUのみを使用した際の計算時間に対してGPUを使用すると2倍程度の高速化を達成することができた。現在、CUDA化したSCGWプログラムを用いていくつかの系に対してテスト計算を行なっているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究計画書に従い、本年度はXPSを第一原理から精度よく求めることができると期待される自己無撞着GW（SCGW）法のプログラム開発および、いくつかの系に対してテスト計算を行った。プログラム開発は順調に完了したものの、上の「研究実績の概要」でも述べたように、当初予想していた計算コストよりも多くのコストがかかる計算であることが判明した。そのために計画書には織り込まなかった作業としてプログラムのCPDA化を行う必要性が生じた。現在ではプログラムのCUDA化は完了しており、期待した通りの性能を出すことを確認している。しかしこのCUDA化の作業を行ったことにより研究の遅れが生じた。本年度の研究計画書にはプログラムの開発及びテスト計算までを完了し、SCGWの計算精度を確認するまでを行う予定であることを記載した。しかし現在テスト計算を行なっているところであり、得られた結果を解析するまでには至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は当初の研究計画からやや遅れが生じている。ただプログラムの開発はすでに完了しており、SCGWの計算を実際に行うことができる状況にある。この遅れを取り戻すべく今年度は全国共同利用施設に設置されているスーパーコンピュータを複数箇所申し込み、複数の計算を同時に実施できる環境を作ることにした。これまでのところテスト計算おいて問題は生じておらず順調にデータを集めることに成功している。今後これらのデータを解析・相殺し論文にまとめる予定である。
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| Causes of Carryover |
研究計画では当該年度中に複数回学会および国際会議に出席することを計画していた。しかし申請者は年度末に所属機関の異動があり、特に異動前の数ヶ月間、学会および国際会議の出席を控えざる得なかった。そのために当初計上していた旅費に大きな余剰が生じることになった。またこの異動も一因となり研究の進歩状況に若干の遅れが生じているところである。この遅れを取り戻すために今年度は複数箇所の全国共同利用施設のスーパーコンピュータの使用を申し込む必要がある。「当該年度の所要額」はスーパーコンピュータの年間使用料として計上したいと考えている。
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