第一原理計算による分子スケールデバイスの設計

使用第一原理计算设计分子尺度装置

基本信息

批准号：
17710074
负责人：
小野倫也
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710074/
关键词：
第一原理電子状態計算電気伝導特性分子デバイス

项目摘要

本研究の目的は、申請者が独自に開発した実空間差分法に基づくナノ構造体の第一原理量子輸送特性計算プログラムを用いて、分子やナノチューブ、フラーレン鎖などの電子輸送特性、たとえば電気伝導のコンダクタンスやナノ構造中でのホッピング・トンネル電流経路を理論的に予測し、ナノ構造の持つ新機能の探索や革新的な機能を発現するナノ物質・構造の設計を行うことである。今年度は、これまでの電子輸送特性だけでなくスピン輸送特性も扱えるように、全電子計算手法の一つであるProjector Aうgmented Wave(PAW)擬ポテンシャルを独自に開発したプログラムに組み込んだ。この研究は、ドイツ連邦共和国・ユーリッヒ研究所のS.Bluegel教授のグループと共同で行った。元来、擬ポテンシャルの作成と第一原理計算プログラムへの組み込みは独立した作業として実行することが可能であるため、擬ポテンシャルの作成をBluegel教授のグループが行い、第一原理電子状態計算プログラムへの組み込みを申請者が行った。そして、鉄やニッケル結晶などスピン分極している系の格子定数や弾性定数を計算し、PAW擬ポテンシャルが実空間差分法に基づく第一原理計算プログラムのフレームワークの中で問題なく機能することを確認した。そしてPAW擬ポテンシャルを組み込んだ第一原理電子状態計算プログラムのアルゴリズムの最適化を行い、並列計算機で4096CPUを用いた超並列計算が可能であることを確認した。以上により、独自に開発したプログラムへのPAW擬ポテンシャルの組み込みは、完成したと考える。

The purpose of this research is to use the first-principles quantum transport characteristics calculation program for nanostructures based on the real-space difference method developed by the applicant, to theoretically predict electron transport properties such as molecules, nanotubes, and fullerene chains, such as conductance of electrical conduction and hopping tunnel current paths within nanostructures, and to search for new functions of nanostructures and design nanomaterials和表现出创新功能的结构。今年，我们将投影仪纳入了一个伪电势（PAW）伪电势，这是所有电子计算方法之一，是一种已独立开发的程序，以便我们不仅可以处理电子传输特性，还可以处理自旋传输特性。这项研究是与德国联邦共和国尤里希研究所的S. Bluegel教授合作进行的。最初，可以将伪电势和集成到第一原理计算程序中的创建可以作为独立任务执行，因此Bluegel教授的小组创建了伪电位，申请人将其制成了第一原则电子状态计算程序。然后计算自旋偏振系统（例如铁和镍晶体）的晶格常数和弹性常数，并确认基于真实空间差异方法的第一原理计算程序中没有任何问题的爪子伪能力函数。然后优化了纳入PAW伪能力的第一个原理电子状态计算程序的算法，并确认可以使用并行计算机执行使用4096 CPU的大量平行计算。由于上述内容，我们认为将爪子伪潜力纳入独立开发的程序已经完成。