ホスト=ゲスト型機能性ナノ材料の設計・解析・制御

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19310083
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 飯高 敏晃 The Institute of Physical and Chemical Research, 戎崎計算宇宙物理研究室, 専任研究員 (60212700)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 晋太郎 筑波大学, 数理物質科学研究科, 准教授 (90271527)
• Keywords: ナノ材料 / 結晶構造探索 / 高圧物性 / 第一原理計算 / 遺伝的アルゴリズム / O(N)計算法 / アクセラレータ / GPGPU

Research Abstract

本研究の目的は、理論モデルに基づいて構造データ(単位胞、対称性、内包原子の種類、固溶体の成分比など)を変えたホスト=ゲスト型ナノ材料の構造候補を大量に自動生成し、数値計算加速ボードや次世代スーパーコンピュータの膨大な計算能力を活用して各候補の構造安定性および各種物性を第一原理計算によって予測することである。第一段階では各候補の構造安定性を調べ、構造不安定なものを候補からはずす。この段階で大部分の候補が除外される。第二段階では生き残った候補に対して計算時間のかかる各種物性値を計算する。その結果、構造データと発現する物性値との間の関係が理解され、我々は機能性ナノ材料の俯瞰図を手にすることができる。そして実際に実験を行う物質を絞り込んだ効率的な物質開発を可能にする。
本年度は、結晶構造探索アルゴリズムを水素含有分子Stannane(SnH4)に適用し、高圧下における新結晶構造とその高温の超伝導転移温度を予測した。また、第一原理分子動力学法により水素含有分子Silane(SiH4)をホスト分子とし水素分子をゲスト分子とするホスト=ゲスト型新結晶SiH4(H2)2、および水分子(H2O)をホスト分子とし水素分子(H2)をゲスト分子とするホスト=ゲスト型結晶(水素ハイドレート、H2O(H2))の結晶構造とラマンスペクトルを予測した。また、平面波基底第一原理電子状態計算およびTight Binding量子分子動力学のGPU(Graphic Processing Unit)を利用して加速する方法を開発した。さらにO(N)計算法のアルゴリズムの改良を引き続き進めた。我々が従来から研究を進めているチェビシェフ展開法に基づくフェルミ演算子を演算する方法(CPE-TDM法)に、全ての電荷密度の履歴を利用するBroyden法を導入して、自己無撞着計算の収束の加速を試みた。

Research Products

• [Journal Article] High-pressure crystal structures and superconductivity of Stannane(SnH4) (2010)
  • Author(s): Guoying Gao, Artem R.Oganov, Peifang Li, Zhenwei Li, Hui Wang, Tian Cui, Yanming Ma, Aitor Bergara, Andriy O.Lyakhov, Toshiaki Iitaka, Guangtian Zou
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences 107 Pages: 1317
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First-principles studies of liquid lithium under pressure (2010)
  • Author(s): Jianjun Yang, John S Tse, Toshiaki Iitaka
  • Journal Title: J.Phys.: Condens.Matter 22 Pages: 095503
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Hydrogen hydrate under high pressure (2010)
  • Author(s): Jingyun Zhang, Jer-Lai Kuo, Toshiaki Iitaka
  • Organizer: 4th General Meeting of ACCMS-VO Asian Consortium on Computational Materials Science-Virtual Organization
  • Place of Presentation: Sendai Japan
  • Year and Date: 2010-01-12
• [Presentation] GPGPUは「次世代スパコン」の敵か味方か (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: 東京大学物性研究所短期研究会計算物理学
  • Place of Presentation: 柏日本
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] 量子分子動力学の並列GPU計算による高速化 (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: 東京工業大学量子物理学・ナノサイエンス第22回セミナー
  • Place of Presentation: 東京日本
  • Year and Date: 2009-11-30
• [Presentation] 量子分子動力学の並列GPU計算による高速化 (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: 日本応用数理学会「行列・固有値問題の解法とその応用」研究部会第8回研究会
  • Place of Presentation: 東京日本
  • Year and Date: 2009-11-26
• [Presentation] GPU-Accelerated Massively Parallel Quantum olecular Dynamics Simulation (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: 核融合科学研究所連携研究推進センター客員セミナー
  • Place of Presentation: 土岐日本
  • Year and Date: 2009-11-20
• [Presentation] 大規模量子分子動力学のGPUによる加速 (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: 東京大学理学部第一原理勉強会
  • Place of Presentation: 東京日本
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] GPU-accelerated Massive Parallel Quantum Molecular Dynamics Simulation (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: 5th Conference of Asian Consortium on Computational Materials Science(ACCMS-5)
  • Place of Presentation: Hanoi Viet Nam
  • Year and Date: 2009-09-07
• [Presentation] GPU-accelerated Computing for Earth and Planetary High Pressure Science (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: Harvard-Riken Joint Symposium : Application of GPU Computation to Brain Science, Quantum Science, Astronomy Fluid Dynamics and other sciences(HaRiken 09)
  • Place of Presentation: Wako Japan
  • Year and Date: 2009-08-27
• [Presentation] Accelerating Orbital-Free First Principles Calculation with Graphics Processing Unit (2009)
  • Author(s): 青木優, 伴野秀和, 飯高敏晃, 圓谷和雄
  • Organizer: Harvard-Riken Joint Symposium : Application of GPU Computation to Brain Science, Quantum Science, Astronomy, Fluid Dynamics and other sciences(HaRiken 09)
  • Place of Presentation: Wako Japan
  • Year and Date: 2009-08-27
• [Presentation] MEM charge density analysis by using GPU (2009)
  • Author(s): Hiroshi Tanaka, Tomonori Hattori, Toshiaki Iitaka, Masaki Takata
  • Organizer: Harvard-Riken Joint Symposium : Application of GPU Computation to Brain Science, Quantum Science, Astronomy, Fluid Dynamics and other sciences(HaRiken 09)
  • Place of Presentation: Wako Japan
  • Year and Date: 2009-08-27
• [Presentation] GPU Based Acceleration of First Principles Calculation (2009)
  • Author(s): 伴野秀和, 青木優, 飯高敏晃, 圓谷和雄
  • Organizer: Harvard-Riken Joint Symposium : Application of GPU Computation to Brain Science, Quantum Science, Astronomy, Fluid Dynamics and other sciences(HaRiken 09)
  • Place of Presentation: Wako Japan
  • Year and Date: 2009-08-27
• [Presentation] GPU-accelerated large-scale quantum molecular dynamics simulation of 3-dimensional C60 polymers (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: International Conference on High Pressure Science and Technology, Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • Place of Presentation: Tokyo Japan
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] Structural search with evolution algorithm : The structure of solid H2S at high pressure (2009)
  • Author(s): John Tse, Toshiaki Iitaka, Eunja Kim, Yansun Yao
  • Organizer: International Conference on High Pressure Science and Technology, Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • Place of Presentation: Tokyo Japan
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] Novel high pressure phases of SnH4 (2009)
  • Author(s): Guoying Gao, Artem Oganov, Yanming Ma, Aitor Bergara, Toshiaki Iitaka
  • Organizer: International Conference on High Pressure Science and Technology, Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • Place of Presentation: Tokyo Japan
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] Acceleration of orbital-free first principles calculation with GPU (2009)
  • Author(s): 青木優, 伴野秀和, 飯高敏晃, 圓谷和雄
  • Organizer: International Conferenceon High Pressure Science and Technology, Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • Place of Presentation: Tokyo Japan
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] GPU based acceleration of first principles calculation (2009)
  • Author(s): 伴野秀和, 青木優, 飯高敏晃, 圓谷和雄
  • Organizer: International Conference on High Pressure Science and Technology, Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • Place of Presentation: Tokyo Japan
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] GPU-accelerated Quantum Molecular Dynamics Simulation of 3-dimensional C60 Polymers (2009)
  • Author(s): 飯高敏晃
  • Organizer: International Conference on Materials for Advanced Technologies 2009(ICMAT 2009)
  • Place of Presentation: Singapore Singapore
  • Year and Date: 2009-06-28
• [Presentation] GPUによる平面波基底第一原理計算の高速化 (2009)
  • Author(s): 伴野秀和, 青木優, 飯高敏晃, 圓谷和雄
  • Organizer: 第28回日本シミュレーション学会大会
  • Place of Presentation: 東京日本
  • Year and Date: 2009-06-11
• [Presentation] 第一原理計算の高速化 (2009)
  • Author(s): 青木優, 伴野秀和, 飯高敏晃, 圓谷和雄
  • Organizer: 第28回日本シミュレーション学会大会
  • Place of Presentation: 東京日本
  • Year and Date: 2009-06-11
• [Remarks]
  • URL: http://www.iitaka.org/
• [Remarks]
  • URL: http://www.iitaka.org/gpgpu.html