ナノ構造体の電子物性解明に向けた統合シミュレーション手法の開発

• 研究課題/領域番号: 26286085
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 常行 真司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90197749)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: 第一原理電子状態計算 / 分割統治法 / ナノ構造 / エネルギースペクトル / 不純物準位 / オーダーN法

研究成果の概要

密度汎関数理論に基づく第一原理電子状態計算は、物質の電子状態とエネルギーを高精度計算するための強力な手段である。通常、計算コストが原子数Nの3乗に比例して増加するため、系を小さな部分系（フラグメント）に分割してコストをNの1乗に抑える分割統治法が開発されているが、全系に広がった電子状態やそのエネルギースペクトルを計算できないため、利用範囲が限定されていた。
そこで我々は、分割統治法で計算された部分系の波動関数およびエネルギースペクトルを利用することで，全系のハミルトニアンを構成する手法を開発した。これにより、高速かつ簡便な全系の電子エネルギースペクトル計算が可能になった。

研究成果

• [雑誌論文] Efficient method for calculating spatially extended electronic states of large systems with a divide-and-conquer approach (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada, F. Shimojo, R. Akashi, and S. Tsuneyuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 4 ページ: 045106-045106
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.045106
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 分割統治電子状態計算法の開発と ハイブリッド汎関数への適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山田俊介，下條冬樹，明石遼介，常行真司
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] 電子論とシミュレーションとAIによる次世代材料開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 常行真司
  • 学会等名: 第10回東京大学-NTT技術交流会
  • 招待講演
• [学会発表] 物質構造と電子状態の第一原理シミュレーション手法の開発と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 常行真司
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会
  • 招待講演
• [学会発表] An efficient post processing method for eigenstate calculations of large systems based on the ab initio divide-and-conquer method (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada, R. Akashi and S. Tsuneyuki
  • 学会等名: The 19th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Hsinchu (Taiwan)
  • 年月日: 2016-11-01
  • 国際学会
• [学会発表] 分割統治法の部分系軌道を用いた大規模系一電子ハミルトニアンの次元縮約 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山田俊介，明石遼介，常行真司
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 第一原理からの物性モデリングとポスト「京」／マテリアルズインフォマティクス時代への展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 常行真司
  • 学会等名: TCCI第6回研究会
  • 発表場所: 分子科学研究所（愛知県・岡崎市）
  • 年月日: 2016-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] A new method for calculating one-electron energy spectrum of a large system based on a first-principles divide-and-conquer method (2015)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Yamada, Ryosuke Akashi, Shinji Tsuneyuki
  • 学会等名: Psi-k 2015 Conference
  • 発表場所: San Sebastian (Spain)
  • 年月日: 2015-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] 大規模並列計算のための分割統治法に基づく一電子エネルギースペクトル計算手法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田俊介，明石遼介，合田義弘，常行真司
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] 分割統治法に基づく大規模系一電子エネルギースペクトルの第一原理計算手法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田俊介，合田義弘，常行真司
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
  • 発表場所: 中部大学（春日井市）
  • 年月日: 2014-09-10
• [備考] 研究紹介「分割統治法に基づく一電子エネルギースペクトルの第一原理計算手法」
  • URL: http://white.phys.s.u-tokyo.ac.jp/research/divide_and_conquer.html
• [備考] 常行研究室研究紹介「分割統治法に基づく一電子エネルギースペクトルの第一原理計算手法」
  • URL: https://white.phys.s.u-tokyo.ac.jp/research/divide_and_conquer.html