Development of large-scale first-principles MD and its applications of nano-structured materials

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01143
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: MIYAZAKI Tsuyoshi 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 大規模DFT計算 / ナノ物質 / ナノ粒子触媒 / 物性理論 / 量子化学

Outline of Final Research Achievements

In this project, we developed an efficient method to employ large-scale first-principles molecular dynamics (FPMD) using the multisite method, which enables us to perform large-scale DFT calculations with accurate local basis sets. The subroutines to calculate the free energy profiles with the large-scale FPMD simulations were also implemented to our linear-scaling DFT code CONQUEST. The developed methods were applied to the theoretical studies on various systems, such as nonperiodic amorphous systems, anti-cancer drug molecules in water, complex domain structures of a ferroelectric material and so on. The program CONQUEST was released to public with the MIT license in 2020 January.

Free Research Field

計算物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

通常の第一原理分子動力学では扱える系が小さいという制約があり、今までは整然と原子が並んだ固体中の現象や比較的単純な分子の反応が主なターゲットであった。本研究によって開発された大規模第一原理分子動力学手法によって、今まで扱うことが困難であった強誘電体の複雑な分域構造やアモルファスなどの非周期構造に対して高精度の第一原理分子動力学にもとづいた研究が可能となったことは学術的意義が高い。また、開発されたプログラムは一般の研究者が無償で使えるように公開された。このことによる波及効果も今後期待できると考えている。