2018 Fiscal Year Research-status Report

Large-scale excited state calculations based on many-body perturbation theory

Research Project

Project/Area Number	18K03458
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	濱田幾太郎大阪大学, 工学研究科, 准教授 (80419465)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	励起状態計算 / 多体摂動論
Outline of Annual Research Achievements	密度汎関数理論に基づく第一原理計算は分子や物質の構造や安定性を予測するための必要不可欠な手段となりつつある。一般的には交換相関項について局所密度近似・一般化勾配近似などのセミローカルな近似が用いられているが、これらのセミローカルな近似は励起状態を精度良く記述できないことが知られている。その問題を解決するための一つの手法として、多体摂動論に基づくGW法とBether-Salpeter方程式（BSE）が用いられている。しかしながらそれらの手法は計算コストが極めて高く、応用上重要なナノ材料や界面への適用が困難である。本研究ではGW/BSE法の大規模系への適用を可能とする、効率的計算アルゴリズムとプログラムの開発を行う。2019年度は大規模GW/BSE計算プログラムの開発に向けた第一歩として、GW計算プログラムの検証を行った。特に周期系におけるBSE計算で重要となるブリルアンゾーンにおける波数（k点）サンプリングを行うために、我々が開発している大規模GW計算プログラムにk点を導入し、典型的な絶縁体・半導体についての電子状態計算を行った。準粒子エネルギーの準位とバンドギャップの計算を実行し、計算パラメータの収束性や擬ポテンシャル依存性の検証を行い、さらに他のGW計算コードで得られた結果との比較を行った。GW計算の結果は擬ポテンシャルに大きく依存することが分かった。GW計算のためにどのような擬ポテンシャルを生成すべきか、検討を継続して行っている。加えて大規模GW/BSE計算を行うため、幾つかのアルゴリズムについての検証を行った。最局在Wanner関数のGW/BSE計算プログラム導入のための検証を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason BSE計算の元となるGW計算コードの検証に多くの時間がかかっており、最局在Wannier関数を用いたGW計算コードへの効率的k点サンプリング手法の導入、および効率的大規模BSE計算アルゴリズムの詳細な検討が遅れている。
Strategy for Future Research Activity	今後、大規模GW/BSE法を共同で開発しているグループとの連携をより密にし、打合せ等を頻繁に連絡を取り合うことで研究の加速を行う。
Causes of Carryover	当該年度は計算アルゴリズム・プログラム開発および開発したプログラムの検証を中心として研究を進めた。そのため大型計算機利用等を利用する必要が生じなかったため。