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スピン-軌道相互作用を露わに考慮した線形応答結合クラスター理論の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K17816
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 物理化学
研究機関早稲田大学 (2018)
国立研究開発法人理化学研究所 (2015-2017)

研究代表者

河東田 道夫  早稲田大学, 理工学術院, 客員主任研究員 (60390671)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード物理化学 / 計算化学 / 電子状態計算 / 相対論的量子化学 / 励起状態 / スピン-軌道相互作用 / 並列計算アルゴリズム / 線形応答結合クラスター理論 / 超並列アルゴリズム
研究成果の概要

本研究では、スピン-軌道相互作用をを顕に考慮した励起状態の高精度計算を実現するために、Generalized unrestricted Hartree-Fock法に基づいたSO-LR-CC2法の開発を行った。さらに、SO-LR-CC2法で計算のボトルネックなる4中心2電子反発積分を高速化するために、混合精度化したresolution-of-identity(RI)近似法を開発し、計算を化学精度を満たす範囲で高速化を行った。さらに「京」や「TSUBAME」などのスーパーコンピュータに適したMPI/OpenMPハイブリッド並列アルゴリズムを開発しプログラムの実装を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果の学術的意義として、第一に分子の励起状態を研究する上で非常に重要な効果であるスピン-軌道相互作用を顕に考慮し、励起状態を高精度に計算することが可能な理論手法がが確立した点が挙げられる。第二に予測信頼性の高い理論計算手法に基づき高周期元素を含む遷移金属錯体でのスピン禁制遷移や項間交差などの複雑な電子過程の解明が可能となった点が挙げられる。
本研究成果の社会的意義として、本研究成果を有機太陽電池や有機発光材料ならびに人工光合成素子などの機能分子材料設計に応用することも可能となったため、将来の光機能分子材料創出や光エネルギー変換技術発展に大きく貢献できることが挙げられる。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] A Simple Model for Relative Energies of All Fullerenes Reveals the Interplay between Intrinsic Resonance and Structural Deformation Effects in Medium-Sized Fullerenes2019

    • 著者名/発表者名
      Chan Bun、Kawashima Yukio、Dawson William、Katouda Michio、Nakajima Takahito、Hirao Kimihiko
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 15 号: 2 ページ: 1255-1264

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.8b00981

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic High-Throughput Screening Scheme for Organic Photovoltaics: Estimating the Orbital Energies of Polymers from Oligomers and Evaluating the Photovoltaic Characteristics2017

    • 著者名/発表者名
      Imamura Yutaka、Tashiro Motomichi、Katouda Michio、Hada Masahiko
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 号: 51 ページ: 28275-28286

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b08446

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] MPI/OpenMP Hybrid Parallel Algorithm for Resolution of Identity Second-Order Moller-Plesset Perturbation Calculation of Analytical Energy Gradient for Massively Parallel Multicore Supercomputer2017

    • 著者名/発表者名
      Michio Katouda, Takahito Nakajima
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 38 号: 8 ページ: 489-507

    • DOI

      10.1002/jcc.24701

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] From C60 to Infinity: Large-Scale Quantum Chemistry Calculations of the Heats of Formation of Higher Fullerenes2016

    • 著者名/発表者名
      B. Chan, Y. Kawashima, M. Katouda, T. Nakajima, K. Hirao
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 138 号: 4 ページ: 1420-1429

    • DOI

      10.1021/jacs.5b12518

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic structure calculation of large nano carbon molecules using multi-GPU massively parallel cluster system2016

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, A. Naruse, T. Nakajima
    • 雑誌名

      TSUBAME ESJ

      巻: 14 ページ: 14-18

    • NAID

      40020761851

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Performance evaluation of multi-GPU implementation of RI-MP2 method on Tesla P100 GPUs2017

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, T. Nakajima
    • 学会等名
      GTC Japan 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 計算科学による高効率な有機薄膜太陽電池材料の探索と設計2017

    • 著者名/発表者名
      今村穣,田代基慶,河東田道夫,波田雅彦
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2017秋季年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 次世代有機太陽電池に関する自動材料探索スキーム2017

    • 著者名/発表者名
      今村穣,田代基慶,河東田道夫,波田雅彦
    • 学会等名
      第11回分子科学討論会201
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 計算科学による高効率な有機薄膜太陽電池材料の探索と設計2017

    • 著者名/発表者名
      今村穣,田代基慶,河東田道夫,波田雅彦
    • 学会等名
      第20回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Massively parallel algorithm and implementation of RI-MP2 energy calculations for multi-GPU supercomputers2017

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, A. Naruse, Y. Hirano, T. Nakajima
    • 学会等名
      GTC2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Massively parallel implantation of one-component and two-component relativistic electronic structure theories in NTChem software2016

    • 著者名/発表者名
      Michio Katouda
    • 学会等名
      RMET2016
    • 発表場所
      okyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Parallel computing with NTChem software for petascale supercomputing and toward exascale supercomputing2015

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, T. Nakajima
    • 学会等名
      Honolulu, USA
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大規模時間密度汎関数理論計算のためのMPI/OpenMPハイブリッド並列プログラムの開発2015

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京, 目黒区
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Massively parallel RI-MP2 geometry optimization calculations on K computer2015

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, T. Nakajima
    • 学会等名
      ICQC 2015 satellite symposium "Novel computational methods for quantitative electronic structure calculations"
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      2015-06-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ペタフロップス級スーパーコンピュータに適したRI-MP2エネルギー超並列計算アルゴリズム2015

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第18回理論化学討論会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス, 大阪府, 豊中市
    • 年月日
      2015-05-20
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 「京」の力で見えてくること (π造形科学ニュースレターVol.13)

    • URL

      http://pi-figuration.jp/nl/nl_13.pdf

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] スーパーコンピュータでフラーレンの性質を探る -世界最大規模の電子状態計算で生成熱の正しい値を予測-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160316_1/

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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