| 研究課題/領域番号 |
16H03865
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
小野 倫也 筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (80335372)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 第一原理計算 / 輸送特性 / デバイス界面 / スピン |
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| 研究実績の概要 |
界面電子状態の理解の深化と次世代デバイスとして期待されているスピントロニクスデバイスの高機能化・産業化に貢献すべく、電子論からデバイス用界面の機能予測ができる大規模高精度第一原理計算手法の開発とこれを用いた界面機能予測シミュレーションを実施している。平成28年度は、研究代表者が独自に開発を進めている実空間差分法に基づく第一原理電子状態・輸送特性計算コードRSPACEの改良に取り組んだ。スピントロニクスデバイス用界面の機能を予測するには、ノンコリニア磁性やスピン軌道相互作用効果を扱う必要があるため、RSPACEでこれらの効果が扱えるよう改良を施した。そして、鉄バルクやビスマス原子層の電子状態計算を行い、スピン軌道相互作用によるバンドエネルギーや、磁気モーメントの向きによるトータルエネルギーの変化を計算し、密度汎関数理論計算の中でも最も精度が高いFull-potential Linearized Augmented Plane Wave法の結果と比較することにより、RSPACEの計算精度がデバイス用界面の機能予測に十分であることを確認した。一方、ノンコリニア磁性やスピン軌道相互作用効果を含まない計算に比べ、これらの効果を入れた電子状態計算はProjector Augmented Wave擬ポテンシャルの性能評価を、より厳密に行う必要があることが判明したため、擬ポテンシャル作成コードの改良も行った。
また、計算アルゴリズムの高速化に関しては、Xeon系CPUや京コンピュータ用に合わせたチューニングに加え、平成28年末から運用を開始したOakforest-PACSに合わせたチューニングも開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題は、第一原理計算コードの開発とこれを用いたデバイス界面機能予測シミュレーションを実施することを目的としている。平成28年末から運用を開始したOakforest-PACSのアーキテクチャーが、Xeon系CPUや京コンピュータと大きく異なるという課題が生じたものの、計算手法・計算コードの開発とその精度確認、周辺ツールの整備が完了するなど、概ね当初予定した通りに進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
Oakforest-PACSに合わせた計算コードのチューニングは、当該計算機が28年末に運用を開始したため十分でない。平成29年度も引き続きOakforest-PACSに合わせたチューニングを行う。
また、界面のスピン輸送特性を予測するには、電子状態計算の高速化のみならず、伝導特性計算部の高速化も必要である。平成29年度は、RSPACEの伝導特性計算部の高速化を行う。具体的には、電極自己エネルギー計算の高速化と散乱領域の摂動グリーン関数計算の高速化を、数理や計算機科学分野の研究者と議論しながら進める。
さらに、スピントロニクス用デバイス界面として、磁気接合界面や磁性分子架橋系の電子状態計算を開始する。スピン輸送特性評価用のモデル構築を、共同研究を行う実験グループと議論しながら行い、平成30年度、平成31年度に行うスピン輸送機能特性評価・予測シミュレーションの準備を進める。
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