2010 Fiscal Year Annual Research Report
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19310083
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
飯高 敏晃 独立行政法人理化学研究所, 戎崎計算宇宙物理研究室, 専任研究員 (60212700)
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| 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)
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| 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 |
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| 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メタン(CH4)に適用し、高圧下における新結晶構造と炭化水素への重合を予測した。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の高圧下における化学結合の新形態を明らかにした。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))およびメタン分子をゲスト分子とするメタンハイドレートの高圧下における結晶構造とラマンスペクトルを予測した。結晶構造予測法を分子結晶へ拡張するための基礎研究を行った。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。
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