2014 Fiscal Year Annual Research Report
光と電子のダイナミクスを記述する第一原理マルチスケールシミュレーション法の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics |
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25104702
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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) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / マルチスケールシミュレーション / レーザー加工 / 非線形光学 / アト秒科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光と物質の相互作用を記述する第一原理マルチスケール・シミュレータの開発を進め、パルスレーザー光と誘電体の相互作用に関する研究を発展させた。
光と物質の相互作用を定量的に記述する上で、固体のバンドギャップの測定値を再現するよう理論を構築することが極めて重要である。第一原理計算でバンドギャップを系統的に記述することが知られるメタGGAポテンシャルとハイブリッド汎関数を用い、安定したシミュレーションが可能となることを確認した。メタGGAポテンシャルではエネルギー汎関数が存在しないことから、電子励起エネルギーや光から電子へのエネルギー移行を求める手法を開発した。ハイブリッド汎関数を用いた計算は、極めて計算量が多くなることから、GPUによる計算の加速を行うコードを開発した。メタGGAポテンシャルを用いた計算は、局所密度近似の高々３倍程度の計算量で済むことから現実系の計算が可能である。パルス光を透明物質に照射した際に現れる超高速電流の分析や、高強度パルス光による透明物質のアブレーション閾値や深度の分析に適用した。
マルチスケール計算は極めて計算量が大きいことから、電子ダイナミクス計算を簡易に行う近似的なシミュレーション法が望まれる。この候補として、基底関数展開を用いハミルトニアンを密行列で表現する方法を検討した。この際、用いるk点毎に基底状態での占有・非占有軌道を基底関数に用いると計算の収束が極めて遅く、隣接したk点の占有軌道を基底関数に含めることにより収束が劇的に改善されることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
26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 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Attosecond band-gap dynamics in silicon2014
Author(s)
M. Schultze, K. Ramasesha, C.D. Pemmaraju, S.A. Sato, D. Whitmore, A. Gandman, J.S. Prell, L.J. Borja, D. Prendergast, K. Yabana, D.M. Neumark, S.R. Leone
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Journal Title
Science
Volume: 346
Pages: 1348-1352
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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