場の量子論に基づく時間発展シミュレーションによる局所量子物性の理論的研究

基于量子场论的时间演化模拟对局域量子物理性质的理论研究

基本信息

批准号：
14J02866
负责人：
福田将大
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は第一原理計算的な相対論的電子状態から場の量子論に基づく電子スピンに関する力学的な局所物理量を計算し、その基礎的な性質を理解するための理論構築とプログラム開発を推進するものである。前年度開発したプログラムコードをアルゴリズムの改善と並列化により高速化し、それを用いて多原子分子に対してスピントルク密度などの局所物理量計算を行った。その結果、分子軌道ごとの局所物理量の分布から、軌道エネルギーにはほとんど影響を与えない相対論的な相互作用が局所描像に対しては強い影響を与えることが明らかとなった。さらに、スピンの渦度に注目し、スピンホール効果が力学的な描像という新しい観点から理解されることを明らかにした。分子内部における電子の電気双極子モーメントに起因するスピントルク密度に関して場の量子論に基づいたスピンダイナミクスの観点から理論的研究を行い、強い内部電場を持つYbF, ThO, BaFなどの分子に対してEDM有効電場やEDMの存在によって追加されるスピントルクの寄与を第一原理計算によって明らかにした。また、光の遅延効果を含む量子電磁力学に基づく数値シミュレーションの実現に向けて、計算手法の定式化とプログラムコード開発に取り組んだ。遅延ポテンシャルまで考慮する場合には静電ハミルトニアンを用いる量子化学計算には現れなかった２つの積分項を計算する必要がある。これらの積分項は解析的に計算が困難であり、また被積分関数が激しく振動するため通常の数値積分法では計算の収束が困難となる問題がある。これらの積分項の数値積分を効率的に行うために、大浦と森によって提案された二重指数関数型数値積分公式を用いる手法を考案した。

这项研究将根据第一原理计算相对论电子状态的量子场理论计算电子旋转的机械局部物理量，并促进理论和程序开发的构建以了解其基本特性。去年开发的程序代码通过改进算法并平行化加速，并使用此方法计算局部物理量，例如多原子分子的自旋扭矩密度。结果，可以发现每个分子轨道的局部物理量分布揭示了对轨道能没有影响的相对论相互作用对局部插图的影响很大。此外，着重于旋转的涡度，已经揭示了可以从机械插图的新角度来理解旋转厅效应。理论研究是根据旋转动力学的基于量子场基于旋转动力学进行的，该量子场理论是由分子中电子的电偶极矩引起的自旋扭矩密度引起的，第一原理计算揭示了添加的自旋扭矩对YBF，THO和BAF等分子添加的贡献，例如通过EDM和EDM有效电场和EDM的强大内部电场和BAF。此外，我们致力于制定计算方法和开发程序代码，以实现基于量子电磁动力学的数值模拟，包括光的延迟效应。在考虑延迟电位时，有必要计算两个积分项，这些术语在量子化学计算中未出现使用静电汉密尔顿人。这些积分术语很难通过分析计算，并且由于积分剧烈振动，因此存在一个普通的数值集成方法很难计算的问题。为了有效地执行这些积分术语的数值集成，我们使用URA和MORI提出的双指数数值积分公式设计了一种方法。