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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

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 23104503
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関筑波大学

研究代表者

矢花 一浩  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70192789)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2011年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード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 / 時間依存密度汎関数法 / 高強度パルスレーザー / マルチスケール計算 / シミュレーション
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Nonadiabatic generation of coherent phonons2012

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Shinohara
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 137 号: 22

    • DOI

      10.1063/1.4739844

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-dependent density functional theory for strong electromagnetic fields in crystalline solids2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yabana, et al.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 号: 4 ページ: 45134-45134

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.045134

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Multi-scale first-principles approach for strong electromagnetic fields in solids2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yabana
    • 学会等名
      Int. Symp. on Computics: Quantum Simulation and Design
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2012-10-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Ab-initio description for the interaction of intense laser pulses with solids2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yabana
    • 学会等名
      Frontiers in Intense Laser-Matter Interaction Theory (FILMITh)
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Real-time electron dynamics in solids under strong electromagnetic fields2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yabana
    • 学会等名
      ISSP-CMSI International Workshop/Symposium on Material Simulation in Petaflops era (MASP2012)
    • 発表場所
      Kashiwa, Japan
    • 年月日
      2012-06-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ab-initio theory for intense lasere pulses in solids2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yabana
    • 学会等名
      6th International Conference on Laser Probing
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2012-06-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Ab-initio theory for intense laser pulses in solids2012

    • 著者名/発表者名
      K. Yabana
    • 学会等名
      Korean Physical Society 2012 Spring Meeting
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2012-04-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Time-dependent density functional theory for femtosecond electron dynamics in dielectrics2011

    • 著者名/発表者名
      K.Yabana
    • 学会等名
      The 14^<th> Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • 発表場所
      東京大学(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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