2018 Fiscal Year Annual Research Report
Unified high-precision calculations of nuclei and neutron stars with a massively parallelized density-functional solver
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18H01209
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
中務 孝 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (40333786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 鉄也 筑波大学, システム情報系, 教授 (60187086)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 密度汎関数理論 / 集団運動 / 中性子星 / 原子核構造 / 原子核反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ミクロな原子核からマクロな中性子星までを対象に、対相関を取り入れた(時間依存)密度汎関数理論を用いて、核子多体系の集団運動から非一様核物質の輸送係数等を統一的に研究することを目標にしている。その中でキモとなる開発が、高い並列効率をもち、安定的な収束性をもつ3次元有限温度DFTソルバの開発である。2018年度の最重要課題として、核子対凝縮による超流動性を導入した、この3次元有限温度DFTソルバの開発を実行した。
計算手法として、BdGハミルトニアンの対角化を回避する新しい方法を用いた。1体グリーン関数を複素エネルギー平面上で構成し、これを閉曲線上で積分することで、連続スペクトルの効果を取り入れた密度を計算する。積分経路上の異なる積分点に対する計算には、シフト法を用いることで、計算コストを大幅に削減することに成功した。これに加えて、グリーン関数の構成が3次元の座標点毎に独立に行えるため、大規模な分散メモリ型並列処理がほとんど通信なしで可能となる。行列対角化を一切不要とする数値計算手法である。ポスドク雇用が諸事情によって遅れたため完成に少し時間を要したが、当初の目標としていた、簡易版のコード開発と実証試験、テスト計算などは完了させることができた。本格的なプロダクトランを実施するためのフルバージョンの開発にも着手し、こちらも順調に進んでいる。
また、中性子星インナークラストに出現すると考えられているパスタ相におけるエントレインメント効果に関する研究も実施した。完全自己無撞着なバンド計算を実施することで、スラブ相と呼ばれる相において、自由中性子のモビリティが、真空中よりも増大していることを初めて示した。これは、これまで示されていたものと反対の結果であり、パルサー・グリッチの解釈などに大きな影響を与える成果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
予定していたポスドク雇用のスタートが諸事情により遅れたため、本格的なプロダクトランを実施するためのフルバージョンのコード開発が、当初予定より数ヶ月遅れて開始された。しかし、簡易版のコード開発がそれまでに完了していたため、フルバージョンの開発もスムースに進んでおり、十分に遅れを取り戻すことが可能であると考えている。また、簡易版のテスト計算を入念に行うことができたために、問題点の洗い出しなどを行うことができ、開発した手法のいくつかの欠点を改良することもできた。特に有限温度の導入は当初はゼロ温度のコード開発を完了させた後に行う予定であったが、様々な検討の結果、同時に行う方が早く実現できるとの結論に至り、有限温度DFTソルバの開発に着手することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
並列効率等を改善するチューニングの実行や計算アルゴリズムの改良を行う。現状のプログラムの軽微な変更によって、有限温度への拡張が可能であることについて、すでに検討を済ませており、これを実装する。具体的には 、上記の複素エネルギー平面上での積分の際に、フェルミ因子を掛けることでこれを実行する。ただし、松原振動数に対応する点からの寄与を取り除く必要があるため、これをどのように実行するかを検討する。続いて、スピン・軌道相互作用を導入したフルのエネルギー密 度汎関数への拡張を実施する。さらに、周期的な無限系である中性子星クラストの非一様核物質を扱うための拡張へと進める。
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