2015 Fiscal Year Annual Research Report
全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開
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26249092
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池野 豪一 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (30584833)
田村 友幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90415711)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / 原子電子構造 / 第一原理計算 / 電子顕微鏡 / セラミックス / ELNES / XANES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究は3つのサブテーマについて同時進行で研究を行う．それぞれの項目についての平成27年度の研究成果は以下のようになっている．
１）最適スペクトル計算法探索のための系統的1粒子・2粒子・多粒子計算：ELNES/XANES理論計算を実用材料に適用する際には，格子の乱れの影響を加味する必要がある．一方で，格子歪がスペクトル計算に与える影響は分かってない．そこで平成27年度においては1粒子・多粒子計算における格子歪の効果を調べた．その結果，乱れた構造における最適スペクトル計算法に関する知見を得るとともに，生体材料や電子材料における重要な知見を得ることに成功した．
２）複雑原子配列および磁気円二色性（MCD）における多粒子計算法の開発：二電子積分は6次元空間積分となり，また被積分関数が原点付近で発散することから数値積分が困難であった．そこで，平成27年度において相対論的原子軌道間の積を多重極展開を用いて近似し，フーリエ空間で積分を実行した．この開発により角度成分を解析的に積分し，動径方向成分を一次元の数値積分として計算することが可能となった．本手法により大幅な高速化と高精度化が同時に達成された．
３）1,000原子モデルのELNES/XANES理論計算法の確立：平成27年度においては電気四重極遷移も含んだ計算コードを開発し，使用メモリ量および通信メモリを最小限に抑えるチューニングを行った．同手法を用いて500原子で構成されたガラスモデル中における，遷移金属のK端の計算を行い，プレエッジ強度を定量的に計算することに成功した．同手法の開発により，ガラスや不規則固溶体のような複雑系における局所環境解析の精度が格段に向上されることが期待される．
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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
当初計画における平成27年度の目的は１）最適ELNES/XANES計算法探索，２）第一原理MCD計算法の確立，３）大規模モデルにおける四重極子遷移ELNES/XANES計算法の確立．であった．
実際に１）については，実用材料の適用を踏まえて，格子歪を含んだ構造における最適スペクトル計算法の知見を得ることが出来た．２）については，6次元空間積分を数値積分と1次元積分に変換することに成功し，大幅なスピードと定量性の向上を達成した．3)については，計算コストのかかる電気四重極子遷移を，メモリ最適化を行うことにより高精度かつ高速に行うことを実現し，ガラスモデルにおける四重極子遷移の計算に初めて成功した．
以上のように当初の目的である上記の１），２），３）がほぼ達成されていることから「おおむね順調に進展している」といえることができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
１）最適スペクトル計算法探索のための系統的1粒子・2粒子・多粒子計算：最終年度の平成28年度においては，いまだ明らかになっていない，高エネルギー領域の吸収端における二粒子効果，分子・格子振動の効果，さらに分子性結晶におけるファンデルワールス力の効果に取り組む．これらの効果は，電池材料や触媒材料のELNES/XANESにあらわれると考えられてきたが，その効果は分かっていない．これらを究明することを目指す．
２）複雑原子配列および磁気円二色性（MCD）における多粒子計算法の開発：これまでにMCDシグナルの高速かつ高精度な計算が可能となり，すでにMCDの第一原理計算を達成している．平成28年度においては，同手法をより複雑な原子配列に適用し，その定量性と計算精度を確認するとともに，近年急速に普及している共鳴X線非弾性散乱(RIXS)における磁気円二色性(RIXS-MCD)の計算へも適用する．
３）1,000原子モデルのELNES/XANES理論計算法の確立：これまでに500原子のスペクトル計算を達成しており，アモルファスや光学材料へ適用してきた．今後は原子数をさらに増加させ，より複雑な構造におけるELNES/XANES計算を試みる．そのために，省メモリ化のためのライブラリ最適化，さらに計算ルーチンの効率化を進める．これらにより，目標であった1,000原子モデルのELNES/XANES計算を実現する．
以上により，平成28年度においては，アモルファスや格子欠陥などの複雑構造における，軽元素から重元素すべての，M端からK端というすべてのELNES/XANES理論計算を実現することを目指す．
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[Presentation] Vibrational information in EELS2015
Author(s)
T. Mizoguchi
Organizer
East Asia Microscopy Society-Satellite meeting for Young Scientist (EAMC2-YS) 2015
Place of Presentation
The Himeji Chamber of Commerce and Industry (HCCI), Hyogo
Year and Date
2015-11-27 – 2015-11-27
Int'l Joint Research / Invited
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