Ab initio strong-field physics and attosecond science for molecules

从头算强场物理和分子阿秒科学

基本信息

批准号：
19H00869
负责人：
石川顕一
金额：
$ 29.7万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00869/
关键词：
アト秒科学高強度場物理第一原理計算

项目摘要

核のクーロンポテンシャルは核近傍で局所的に高い空間分解能を要求する。さらに核が動く場合、高分解能が必要な領域は時々刻々変化する。空間を一様に細かいメッシュで離散化しようとすると、多くの電子を含む分子ではその計算コストは現実的でない。この問題を解決し、我々がこれまでに開発してきた数値計算コードの応用範囲を分子に広げるため、原子核近傍での高い格子点密度と遠方での十分かつ低い格子点密度を同時に実現し、また原子核が動く場合にも拡張できる、複数の新たな柔軟かつ効率的な離散化を、数値計算コードに実装してきた。特に、一般化曲線座標および擬ポテンシャルの導入、Adaptive mesh refinement の導入を進めてきた。2022年度は、時間依存最適化結合クラスター（TD-OCC）フレームワークにおける新しい計算効率の高い近似方法を定式化した。このTD-OCCD(T)法は、基底状態電子構造理論における「ゴールドスタンダード」CCSD(T)法の時間依存、軌道最適化拡張版である。軌道関数と結合クラスター振幅の運動方程式を、4次Lagrangianを用いた実数値時間依存変分原理に基づいて導出した。TD-OCCD(T)法はsize-extensiveであり、ゲージ不変性があり、アクティブ軌道数Nに関してO(N^7)とスケーリングする。TD-OCCD(T)法を数値計算コードとして実装し、Kr原子からのトンネルイオン化および高次高調波発生に適用した結果を、我々が開発してきた他の第一原理計算手法による計算と比較したところ、良好なパフォーマンスが見られた。

原子核的库仑势要求原子核附近具有较高的局部空间分辨率。此外，当原子核移动时，需要高分辨率的区域会随时发生变化。如果我们尝试使用均匀精细的网格来离散空间，那么对于包含许多电子的分子来说，计算成本将是不切实际的。为了解决这个问题并将我们迄今为止开发的数值计算代码的应用范围扩大到分子，我们同时实现了原子核附近的高晶格点密度和远离原子核的足够低的晶格点密度。我们的数值代码中的一些新的灵活且高效的离散化可以扩展到移动核的情况。特别是，我们引入了广义曲线坐标、赝势和自适应网格细化。 2022 财年，我们在依赖时间的优化耦合集群 (TD-OCC) 框架中制定了一种新的计算高效的近似方法。 TD-OCCD(T) 方法是基态电子结构理论中“黄金标准”CCSD(T) 方法的时间相关轨道优化扩展。轨道函数和耦合簇振幅的运动方程是基于实值随时间变分原理使用四阶拉格朗日推导的。 TD-OCCD(T) 方法具有尺寸扩展性、规范不变性，并且相对于活动轨道数量 N 的比例为 O(N^7)。我们将 TD-OCCD(T) 方法实现为数值计算代码，并将其应用于 Kr 原子的隧道电离和高次谐波产生，并将结果与使用我们开发的其他第一原理计算方法的计算结果进行比较。，观察到良好的性能。