第一原理と最適化手法に基づく超大規模電子状態計算

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23540370
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 星 健夫 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80272384)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 大規模電子状態計算 / ナノ構造材料 / 超並列計算 / 京コンピュータ

研究概要

第一原理電子状態理論および数理的な最適化手法を基礎として、超大規模電子状態計算の理論構築と応用に取組んだ。最適化手法としては、多重アーノルディ法などのクリロフ部分空間型線形計算アルゴリズムを開発し、「京」コンピュータ上での最大１億原子系までの超並列計算が達成された。また、第一原理計算にもとづく最適化モデル（タイトバインディング型）理論の構築にもとりくんだ。アモルファス状共役高分子系での局在したπ電子状態やナノ複合カーボン固体系でのナノドメイン解析などの研究を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Novel linear algebraic theory and one-hundred-million-atom electronic structure calculation on the K computer (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, K. Yamazaki, Y. Akiyama
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc 巻: 1 ページ: 016004, 4
  • 査読あり
• [雑誌論文] An interior eigenvalue problem from electronic structure calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Lee, T. Miyata, T. Sogabe, T. Hoshi, S. -L. Zhang
  • 雑誌名: Japan J. Indust. Appl. Math 巻: 30 ページ: 625-633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ten-million-atom electronic structure calculations on the K computer with a massively parallel order-N theory (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, Y. Akiyama, T. Tanaka and T. Ohno
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 ページ: 023710, 4
  • 査読あり
• [雑誌論文] An order-N electronic structure theory with generalized eigenvalue equations and its application to a ten-million-atom system (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, S. Yamamoto, T. Fujiwara, T. Sogabe, S. -L. Zhang
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens. Matter 巻: ￥bf 24 ページ: 165502, 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure calculations and quantum molecular dynamics simulations of the ionic liquid PP13-TFSI (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nishino, T. Fujiwara, H. Yamasaki, S. Yamamoto, T. Hoshi
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 225 ページ: 22-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution of generalized shifted linear systems with complex symmetric matrices (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sogabe, T. Hoshi, S. -L. Zhang, T. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Comp. Phys 巻: 231 ページ: 5669-5684
  • 査読あり
• [雑誌論文] 一般化固有値問題に対するArnoldi(M;W;G)法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下達也, 宮田考史, 曽我部知広, 星健夫, 藤原毅夫, 張紹良
  • 雑誌名: 日本応用数理学会論文誌 巻: 21 ページ: 241-254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient and accurate linear algebraic methods for large-scale electronic structure calculations with nonorthogonal atomic orbitals (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Teng, T. Fujiwara, T. Hoshi, T. Sogabe, S. -L.Zhang, S. Yamamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83 ページ: 165103, 12
  • 査読あり
• [学会発表] 数学・計算物質科学・HPC分野の融合としての超大規模電子状態計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 星健夫
  • 学会等名: 物性研スパコン共同利用・CMSI合同研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 20131210-13
  • 招待講演
• [学会発表] Novel linear algebraic theory and one-hundred-million-atom quantum material simulations on the K computer (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hoshi, Tomohiro Sogabe, Takafumi Miyata, and Shao-Liang Zhang
  • 学会等名: The First International Workshop on Computational Science and Engineering
  • 発表場所: National Taiwan University Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20131014-17
  • 招待講演
• [学会発表] Pythonを用いた電子状態計算むけ波動関数可視化ツールの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎渓太, 秋山洋平, 星健夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学, 徳島
  • 年月日: 20130925-28
• [学会発表] 京コンピュータにおける超大規模電子状態計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 星健夫, 秋山洋平
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学, 徳島
  • 年月日: 20130925-28
• [学会発表] Novel linear algebraic theory and one-hundred-million-atom electronic structure calculation on the K computer (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hoshi, Keita Yamazaki, Yohei Akiyama
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari Messe, Chiba
  • 年月日: 20130714-19
• [学会発表] 超大規模超並列電子状態計算を中核とした物理・数理・HPCの融合研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 星健夫, 秋山洋平
  • 学会等名: 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点第5回シンポジウム
  • 発表場所: THE GRAND HALL, 東京
  • 年月日: 20130711-12
• [学会発表] Krylov subspace theories and ultra-large-scale electronic state calculations on the K computer (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeo Hoshi
  • 学会等名: The 9th East Asia SIAM Conference The 2nd Conference on Industrial and Applied Mathematics (EASIAM-CIAM 2013)
  • 発表場所: Institut Teknologi Bandung, Bandung, West Java, Indonesia
  • 年月日: 20130618-20
  • 招待講演
• [学会発表] 数学・計算材料科学・HPC分野の融合としての大行列数理アルゴリズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 星健夫, 曽我部知広, 宮田考史, 張紹良
  • 学会等名: 計算材料科学と数学の協働によるスマート材料デザイン手法の探索
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20130313-15
  • 招待講演
• [学会発表] 超大規模超並列電子状態計算におけるApplication-Algorithm-Architecture Co-design (2013)
  • 著者名/発表者名: 星健夫
  • 学会等名: 第3回産業科学研究所共同研究研究会
  • 発表場所: メープル有馬, 神戸市有馬温泉
  • 年月日: 20130210-11
  • 招待講演
• [学会発表] 京での超大規模量子物質シミュレーションとクリロフ部分空間 (2013)
  • 著者名/発表者名: 星健夫
  • 学会等名: 日本応用数理学会三部会連携「応用数理セミナー」
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2013-12-27
  • 招待講演
• [学会発表] Pythonを用いた電子状態計算むけ波動関数可視化ツールの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎渓太, 秋山洋平, 星健夫
  • 学会等名: 応用物理学会中国四国支部学術講演会
  • 発表場所: 香川大学, 香川
  • 年月日: 2013-07-27
• [学会発表] 超大規模電子状態計算におけるナノ複合カーボンの可視化解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 秋山洋平, 星健夫
  • 学会等名: 応用物理学会中国四国支部学術講演会
  • 発表場所: 香川大学, 香川
  • 年月日: 2013-07-27
• [学会発表] Ten-million-atom electronic structure calculations with novel linear-algebraic algorithm and the K computer (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, S. Yamamoto, T. Fujiwara, T. Sogabe, S-L. Zhang, Y. Akiyama, T. Ohno
  • 学会等名: International Symposium on Computics : Quantum Simulation and Design (ISC-QSD)
  • 発表場所: Osaka University Hall
  • 年月日: 20121011-13
  • 招待講演
• [学会発表] Python-OpenGLによる大規模電子状態計算むけ可視化ツールVisBARの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 秋山洋平, 川居佳史, 星健夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-21
• [学会発表] 並列化大規模電子状態計算によるナノ構造シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健夫, 秋山洋平, 大野隆央
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-21
• [学会発表] 一般化クリロフ部分空間法と大規模電子状態計算への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健夫, 山元進, 曽我部知広, 藤原毅夫, 張紹良, 大野隆央
  • 学会等名: 並列/分散/協調処理に関するサマー・ワークショップ(SWoPP)
  • 発表場所: 鳥取
  • 年月日: 20120801-03
• [学会発表] 超大規模電子状態計算におけるπ状態ナノドメインの可視化解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健夫, 川居佳史, 秋山洋平
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-27
• [学会発表] Li4GeS4, Li3PS4におけるLiイオンのダイナミックス:第一原理電子構造計算および長時間(ns)タイトバインディング分子動力学計算を用いた解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西野信也 , 藤原毅夫, 山元進, 山崎久嗣, 山本智, 星健夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-27
• [学会発表] 超大規模電子状態計算の基礎と応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健夫
  • 学会等名: 平成23年度自然科学研究機構研究者による分野間連携プロジェクト「非平衡を制御する科学」」第二回研究会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 20120319-20
  • 招待講演
• [学会発表] 超大規模電子状態計算におけるApplication-Algorithm-Architecture Co-design (2012)
  • 著者名/発表者名: 星健夫
  • 学会等名: 日本応用数理学会「行列・固有値問題の解法とその応用」研究部会第14回研究会
  • 年月日: 2012-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] Novel linear-algebraic theories in large-scale electronic structure calculation and its application to nano-materials (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, T. Sogabe, S. Yamamoto, S. Nishino, T. Fujiwara, S. -L. Zhang and Y. Yamamoto
  • 学会等名: Dresden-Kobe Joint Workshop on Electronic Simulations for Nanosystems
  • 発表場所: Kobe University
  • 年月日: 2012-03-07
  • 招待講演
• [学会発表] Li4GeS4, Li3PS4中Liイオンのダイナミックス : 第一原理電子構造計算および長時間(ns)タイトバインディング分子動力学計算を用いた解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野信也, 藤原毅夫, 山元進, 山崎久嗣, 山本智, 星健夫
  • 学会等名: 第37回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 鳥取
  • 年月日: 20111207-09
• [学会発表] Li ion dynamics in Li4GeS4 and Li4GeP4 : First Principle Electronic Structure Calculation and Long Time Tight Binding Molecular Dynamics Simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Nishino, Takeo Fujiwara, Susumu Yamamoto, Hisatsugu Yamasaki, Satoru Yamamoto, and Takeo Hoshi
  • 学会等名: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20111031-1102
• [学会発表] Li4GeS4の量子分子動力学シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野信也, 藤原毅夫, 山崎久嗣, 山本智, 山元進, 星健夫
  • 学会等名: 第52回電池討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20111017-20
• [学会発表] イオン液体/リチウム塩電解質の量子分子動力学シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野信也, 藤原毅夫, 山崎久嗣, 山本智, 山元進, 星健夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110921-24
• [学会発表] Pythonによる電子状態計算むけ原子構造可視化ツールの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川居佳史, 田中辰典, 秋山洋平, 星健夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110921-24
• [学会発表] Quantum Molecular Dynamics Simulation of the Ionic Liquid PP13-TFSA Doped with LiTFSA (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Nishino, Takeo Fujiwara, Hisatsugu Yamasaki, Satoru Yamamoto, Susumu Yamamoto, and Takeo Hoshi
  • 学会等名: 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry - Electrochemical Frontiers in Global Environment and Energy
  • 発表場所: Niigata
  • 年月日: 20110911-16
• [学会発表] Large-scale electronic structure calculation with ELSES and its application to conjugated polymer (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hoshi, S. Nishino , Y. Zempo, S. Yamamoto, T. Fujiwara, T. Sogabe, S. -L. Zhang, M. Ishida
  • 学会等名: Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII)
  • 発表場所: Waseda, Tokyo
  • 年月日: 20110902-08
• [学会発表] Electronic structure calculations and quantum molecular dynamics simulations of the ionic liquid PP13-TFSA (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Nishino, Takeo Fujiwara, Hisatsugu Yamasaki, Susumu Yamamoto, and Takeo Hoshi
  • 学会等名: the 18th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Warszawa, Poland
  • 年月日: 20110703-08
• [学会発表] Pythonを用いた電子状態計算むけ原子構造可視化ツールの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川居佳史, 田中辰典, 秋山洋平, 星健夫
  • 学会等名: 応用物理学会・日本物理学会・日本物理教育学会中国四国支部2011年度合同支部学術講演会
  • 年月日: 2011-07-20
• [備考]
  • URL: http://www.damp.tottori-u.ac.jp/~hoshi/