2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of large-scale first-principles MD and its applications of nano-structured materials
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18H01143
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
宮崎 剛 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (50354147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中田 彩子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (20595152)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 大規模DFT計算 / 触媒 / ナノ粒子 / 物性物理 / 理論化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は我々が開発してきた大規模第一原理電子状態計算プログラムCONQUESTにおいて、高精度基底を用いながら効率の高い電子状態計算を実現するマルチサイト法を用いた第一原理分子動力学を行うことを可能とするプログラムの開発を行った。マルチサイト法における局在軌道を求める手法にはいくつかの手法が存在するが、本年度はこのプログラムを用いて、分子動力学において原子が動いた後の局在軌道、電荷密度の初期値を準備する方法を複数用意し、マルチサイト法を用いて電子状態を解く際の安定性、効率性の向上、そして高速化に取り組んだ。
また、CONQUESTで自由エネルギー計算を行うために、まず古典分子動力学法を用いた自由エネルギー計算手法をいくつか検討した。次にCONQUESTにおける様々な反応座標に対する拘束分子動力学の整備を行い、ブルームーン法を用いた自由エネルギー計算プログラムの開発とテスト計算を行った。従来の報告例との比較や低温での結果とNudged Elastic Band法の結果を比較し、プログラムの正しさを確認している。また、応用例の一つである複雑生体系に対するオーダーN法電子状態計算を開始し、オーダーN法の安定性、計算精度についての精査を行った。さらに、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体ナノワイヤの構造、アモルファス構造に対する大規模第一原理分子動力学を用いた構造モデリング、構造解析を行った。金属ナノ微粒子に対する構造と電子状態に対する大規模第一原理計算による理論研究も行った。
本年度の最後にはプログラムCONQUESTのMITライセンスによる公開を行った。今後、チュートリアル等の整備も必要であるが、本研究課題で開発した手法も順次取り入れていく準備は整った。
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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
手法とプログラムの開発は当初の予定通りに進んでいるが、開発した手法を用いた実際の複雑大規模系に対する理論研究は少し遅れている。一方、最終年度に予定していたプログラム公開が前倒しで可能になりつつあるので、全体としては予定通りと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記で述べたように、開発した手法を用いた応用計算は少し遅れている。準備計算は行なっているが、より本格的な応用計算を今後進める。物質・材料研究機構で最近更新された材料数値シミュレータや本研究課題で得られる計算機資源を用い、可能であれば共同研究等で従事する研究者も増やして、応用計算を強化することが望ましい。
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Research Products
(17 results)
