| 研究課題/領域番号 |
16K17551
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
洗平 昌晃 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (20537427)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 計算物質科学 / 自由エネルギー計算 / 電子状態計算 |
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| 研究実績の概要 |
第一原理電子状態計算手法（密度汎関数法に基づくVASPコード）と自由エネルギー解析手法（マルチカノニカルモンテカルロ法）を組み合わせたコードを開発した．少数ノードの計算機システムではその並列化効率は100%に達しているが，大規模超並列計算機ではその性能が発揮されていない．今はその問題点を明らかにしているところである．
開発したコードを適用する際には，系の自由エネルギーランドスケープの中で興味のある部分のみを効率よくサンプリングするために，その系の特徴を前もって知っておく必要がある．本研究課題で実施予定の系，すなわち「水の六量体」の系では，六量体の安定構造を計算しそれを特徴付ける秩序変数を考案した．「IV族二次元結晶の熱力学的安定性」の系では，絶縁膜上でのIV族二次元結晶の熱力学を考慮しない安定構造を同定した．「超格子GeTe/Sb2Te3抵抗変化型メモリの構造変化機構」の系では，構造変化の機構や構造変化前後の構造を新たに見出した．「電極界面における電気化学反応」の系では電解質イオンの挙動を追いかけ，その拡散に時定数を算出しているところである．この他にも，既に古典力場ポテンシャルで再現した希ガス原子の固液相転移の系に対しても利用を試みている．
開発した第一原理マルチカノニカルモンテカルロ法は，サンプリング手法としては非常にロバストであるが想像以上に時間を要することが判明した．開発した自由エネルギー解析手法で時間を要するのはモンテカルロ法に基づくアルゴリズムを用いている点にある．これを改善するために分子動力学法を用いた手法（マルチカノニカル分子動力学法）も開発している。これにより数10倍の高速化が見込まれる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
第一原理電子状態計算手法（密度汎関数法に基づくVASPコード）と自由エネルギー解析手法（マルチカノニカルモンテカルロ法）を組み合わせたコードを開発した．さらに，自由エネルギー解析手法としてマルチカノニカル分子動力学法を用いた手法も開発している．本研究課題で実施予定の計算の規模は非常に大きいため，開発したコードを外部計算機センターの大規模超並列計算機で性能が最大限に発揮されるようにチューニング中である．
開発したコードを適用する際には，系の自由エネルギーランドスケープの中で興味のある部分のみを効率よくサンプリングするために，その系の特徴を前もって知っておく必要がある．本研究課題で実施予定の系，すなわち「水の六量体」，「IV族二次元結晶の熱力学的安定性」，「超格子GeTe/Sb2Te3抵抗変化型メモリの構造変化機構」，「電極界面における電気化学反応」の各項目に対して予備計算は順調に進んでいる．この他にも，既に古典力場ポテンシャルで再現した希ガス原子の固液相転移の系に対しても利用を試みている．ただし，開発した計算手法が想像以上に時間を要してしまい，本計算の進捗が遅れ気味である．
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| 今後の研究の推進方策 |
開発した第一原理マルチカノニカルモンテカルロ法は，サンプリング手法としては非常にロバストであるが想像以上に時間を要することが判明した．並列化効率はすでに100%に到達しているので，今後は外部計算機センターの大規模超並列計算機を利用することで研究を加速していく．また，開発した自由エネルギー解析手法で時間を要するのはモンテカルロ法に基づくアルゴリズムを用いている点にある．これを改善するために分子動力学法を用いた手法（マルチカノニカル分子動力学法）も開発している．これにより数10倍の高速化が見込まれるため研究の推進を加速することができる．
本計算手法の固体・表面物理の分野への応用はほとんどない．この方面でのイニシアティブをとるために，実施予定に挙げた系にこだわらず実施可能は系を見つけ出し，場合によっては古典力場ポテンシャルを用いて早急に成果を上げていくことを考えている．
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