2014 Fiscal Year Research-status Report
高分子材料設計のための大規模分子シミュレーション手法の開発
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25820065
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
高橋 和義 慶應義塾大学, 理工学部, 助教 (60645208)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 高分子 / Langevin Dynamics / マルチスケール接続 / 相互作用計算 / Tree法 / LIPS法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高い計算精度と平易なプログラミングを両立する分子間相互作用計算手法であるLinear-combination based Isotropic Periodic Sum法は、多重極展開と計算領域の階層的分割を行う計算高速化手法であるTree法との組み合わせにより、効果的な大規模並列分子動力学シミュレーションを達成するものと期待される。平成25年度は、LIPS法の理論的枠組から生み出された相互作用ポテンシャル(LIPS-SW)が最も高い計算精度を発揮することを発見した。平成26年度はLIPS-SWとTree法を組み合わせたLIPS-SW/Treeの開発とその実装に取り組んだ。
鎖状高分子であるポリエチレンの並列分子動力学シミュレーションを行い、高分子運動の最長緩和時間の鎖長依存性を算出した。その結果を絡み合い点間分子量を見積もる経験式と比較することで、高分子運動の分子動力学シミュレーションに関する新たな知見を得た。
一方で、鎖状高分子に対してLangevin Dynamicsシミュレーションを行い、高分子運動の最長緩和時間の鎖長依存性を算出した。その結果、分子動力学とLangevin Dynamicsの両者から得られた結果はほぼ一致することが確認された。この事実は、分子動力学シミュレーションとLangevin Dynamicsシミュレーションとのマルチスケール接続の可能性を強く示唆するものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度実施状況報告時に計画した推進方策に則り、LIPS-SW/Tree法の開発・実装を行い、これはほぼ完了した。また、LDシミュレーション計算・解析を前倒ししたことにより、十分な進展が得られた。これらの点からおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
鎖状高分子について得られた結果を参考に、より複雑な高分子に対してMDとLDのマルチスケール接続が可能な条件を探索していく。また、高分子が複雑になることで更に大規模なMD計算が必要となるため、並列計算用の計算機を用いることによって目的の計算を達成する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由を2つ挙げる。ひとつは、LIPS-SW/Tree法の実装先の変化である。計算ハードは常に進歩し続けており、現時点においてはより計算機としての性能(主に計算の正確性と耐久性)の高いクラスタ計算機が妥当であると判断したことにより、科学計算用GPUの購入を見送ったためである。この際、本年度に行った情報収集が重要な判断基準となった。もうひとつは、シンプルな鎖状高分子を対象とした計算の場合、科学計算用GPUや最新のクラスタ計算機を必要とするほどに計算量を必要としないことが判明したためである。ただし、取り扱う高分子が複雑になれば計算量は増大すると予想される。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度はより複雑な計算対象のために、最新のクラスタ計算機を購入することを計画している。同時に、研究成果を学術論文として公刊するための使用を計画している。
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