第一原理オーダーN手法の開発とナノ物質への応用

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17064017
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 大野 隆央 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, センター長 (30344435)
• 研究分担者: 宮崎 剛 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (50354147) ; 木野 日織 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (70282605) ; 西野 正理 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (80391217) ; 奈良 純 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (30354145) ; 館山 佳尚 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算材料科学研究センター, 主任研究員 (70354149)
• キーワード: 大規模第一原理計算 / オーダーN手法 / 大域的安定構造探索 / 拡張アンサンブル法 / 実時間開発TDDFT / 反応経路探索法

研究概要

本研究課題では、ナノ物質に対する高精度・高速な第一原理シミュレーション手法を確立し、ナノバイオ系・ナノ触媒系への適用を図る。超大規模解析が可能な第一原理オーダーN手法の開発を中心として、安定構造・反応経路探索法、伝導特性解析法、励起状態解析法等のナノ物質の解析に有効な手法を確立する。超大規模シミュレーションにより、ナノ物質の新奇な物性・機能の量子論的な解析・予測、構造と機能の相関関係の解明、新奇な機能の設計とその実現のための構造の提案等、ナノ構造の機能探索・設計に関する量子論的アプローチを目指す。本年度は、オーダーN法第一原理電子状態計算を最初に適用する例として、Ge/Si(001)系の構造安定性に対する研究を行った。この研究において我々は、半経験的なTight Binding計算を用いることによりハットクラスターの構造モデリングを行い、計算条件、重要な構造、全エネルギー評価などを最初に行った。次に、それらの結果から得られたいくつかの重要な系に対してオーダーN法第一原理計算を適用する。その結果、密度汎関数法にもとづくオーダーN法第一原理計算を、約23000原子を含む系に対して、構造最適化まで安定して行えることを示した。また、大域的安定構造を求める手法として拡張アンサンブル法を用いたβ2-microglobulinの安定構造探索を行った。さらに、実時間発展TDDFTを用いた分子の光励起状態の電子-核ダイナミクス、反応経路探索法を用いたSi(111)上のF原子の拡散現象、等の研究を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Recent progress with large-scale ab initio calculations : the CONQUEST code (2006)
  • 著者名/発表者名: D.R.Bowler, R.Choudhury, M.J.Gillan, T.Miyazaki
  • 雑誌名: Physica Status Solidi(b) 243
• [雑誌論文] Real-time propagation TDDFT study on the ring-opening transformation of the photoexcited crystalline benzene (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama, Norihisa Oyama, Takahisa Ohno, Yoshiyuki Miyamoto
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 124 ページ: 124507
• [雑誌論文] Structures of a peptide fragment of β2-microglobulin studied by replica-exchange molecular dynamics simulations---towards the understanding of the mechanism of amyloid formation (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Nishino, Y.Sugita, T.Yoda, Y.Okamoto
  • 雑誌名: FEBS Letters 579・24 ページ: 5425-5429
• [雑誌論文] Theoretical study on adsorption of thiophenthiolate on Au(111) surface (2005)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Higai, Jun Nara, Takahisa Ohno
  • 雑誌名: Surface Science 600・3 ページ: 685-692