2012 Fiscal Year Annual Research Report
高強度パルス光の伝播を記述するマルチスケール・シミュレータの開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics |
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23104503
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
矢花 一浩 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70192789)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | 超高速電子ダイナミクス / 第一原理計算 / 時間依存密度汎関数理論 / 計算物質科学 / 高強度超短パルスレーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光の電磁場により生じる物質中の電子ダイナミクスと、その電子ダイナミクスから発生する分極（巨視的電磁場）のダイナミクスを同時に解き進める、これまでにない第一原理計算法を確立し発展させることを目的としている。これまで我々は、光電磁場のダイナミクスを記述する巨視的マクスウェル方程式と、微視的スケールでの電子ダイナミクスを記述する時間依存密度汎関数理論に基づく電子ダイナミクス計算を結びつけたマルチスケール理論の構築を行った。そして、パルス光が誘電体表面に垂直入射するという最も単純な配位において、Si結晶を例にとり実際に電磁場と電子のダイナミクスに対する計算を行い、誘電体表面での高強度パルス光の反射・透過・伝播、そして光電場から物質中の電子への不可逆なエネルギー移行が記述されることを示した。
本年度我々は、開発した手法を用いてαクォーツ(SiO_2)の表面、および薄膜に対して高強度パルス光を照射した際の反射・透過・伝播に対する詳細な検討を計算を行った。その結果に関して論文を準備中である。また、単位包中の電子ダイナミクス計算によるコヒーレントフォノン生成機構に関わる研究を進めた。
開発した計算コードは、極めて大規模な計算機リソースを必要とするため、高効率な超並列計算を行うことが極めて重要である。我々は本コードにMPI+OpenMPによるハイブリッド並列化を実装し、京コンピューターの試用期間の運用を利用して、計算コードのチューニングを進めた。およそ90,000コアまでの並列テスト計算を行い、計算実効効率は名目値の18-20％程度、およそ8,000コアと90,000コアを用いた場合の強スケーリングによる比較で90％を超える高い並列効率での計算が可能であることを実証した。
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| Research Progress Status |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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