| 研究課題/領域番号 |
20K05429
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| 研究機関 | 岐阜大学 |
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研究代表者 |
神谷 宗明 岐阜大学, 地域科学部, 准教授 (20509260)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 時間依存密度汎関数法 / 励起状態 / 並列プログラム |
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| 研究実績の概要 |
時間依存密度汎関数理論（TDDFT）は、その妥当なコストと比較的高い精度のために励起状態を計算するための一般的な方法論になりつつある。この方法では繰り返しアルゴリズムを使えば基底状態の計算と同等のスケーリングで励起状態等の計算ができるが、分子サイズの増大に従って、これらの配列のメモリ使用量は基底関数の数の二乗で飛躍的に増加する。そのため、数万原子にも及ぶ大規模な分子系の励起状態を計算するためには,、これらの配列のメモリ分割化が必要不可欠である。
そこで、本年度は大規模分子の励起電子状態計算を超並列コンピュータで実行することを目的として、メモリ分割並列化された時間依存密度汎関数理論 (TDDFT) 計算プログラムの開発を行った。
本研究ではまず原子基底を用いてTDDFT方程式を導出しなおすことで、AO表現の電子密度に対してtrial vectorを張り、繰り返し法で解くプログラムの実装を行った。繰り返し法のアルゴリズムはKAINを使った。AO表現のそれぞれの行列はgauss基底関数をつかっていることにより大規模系においては疎なので、本研究では超並列疎行列ライブラリーNTPolyを使うことにより、行列要素の分散を行いつつ疎行列の数々の演算を行った。これらの実装は量子化学パッケージNTChemに実装した。並列コンピュータ用いて、系のサイズを大きくして計算時間と比較を行った結果、線形ではないが低いスケーリングを示した。その結果として、11310原子系に対して、TDDFTの計算をすることができた。
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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
本課題では、近年さまざまな応用が期待され急速な進歩がもたらされている光機能性材料に対して、素子内の励起状態間遷移、項間交差を適切に記述、再現できる理論を目指し、電子状態理論からの方法論開発を行っている。
昨年に引き続き研究を継続したが、本年度はCOVID-19感染症拡大のため、関連する学会多くが中止もしくは、学生のみのVirtural発表で行われたたが、ギリシャで行われた、International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2021 (ICCMSE 2021)において招待講演をStreaming Videoによって行うことができた。今後これらを論文として発表していく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度以降も引き続き、励起状態間の遷移の詳細な解析に向けた電子状態理論の開発、 相対論的非断熱分子動力学プログラムの開発を行っていく予定である。
特にまず、大規模系に向けた相対論的時間依存密度汎関数法の開発、プログラムの改良を継続的に行いつつ、スピン軌道相互作用結合状態におけるエネルギー勾配と非断熱結合を計算するプログラムの開発をおこなう予定である。
２年間で購入したコンピュータをこれらの並列プログラムの開発に用いる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度新型コロナウイルス感染症のため出張がなく、物品購入を前倒しで行ったため端数が出た。次年度は出張が計画されており、合算して旅費等で使用する予定である。
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