大規模量子計算に基づく電子消滅法シミュレータの開発とナノ細孔構造解析への応用

基于大规模量子计算的电子湮没法模拟器的研制及其在纳米孔结构分析中的应用

基本信息

批准号：
21656197
负责人：
高羽洋充
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、研究目的である陽電子消滅法シミュレータの開発について以下の成果を得た。平成21年度に開発した陽電子消滅法シミュレータについて、(1)電子密度分布の高速量子計算モジュール、(2)電子密度分布から細孔分布を可視化して容積を計算するモジュール、(3)陽電子ダイナミクスの計算モジュール、(4)陽電子寿命曲線計算および細孔径分布計算モジュール、を改良し精度の向上と操作性の向上を図った。また平成22年度の目的の一つであった実証試験として高分子分離膜系を対象としてを選択し、開発したシミュレータの適用を行った。実証試験では、膜モデルとして芳香族系ポリアミドの3量体3鎖からなる構造を、分子動力学法を用いて所定の密度になるようにアモルファス化することで作成した。この構造にシミュレータを適用し、ポジトロニウム(Ps)の寿命を算出した。シミュレータから得られた計算値は、実測値とほぼ同じオーダーであり、細孔径分布の実測値を良好に再現出来ることを確認した。また、膜密度を変化させた高分子膜も作成し、同様の寿命予測シミュレーションれを行った。その結果、膜密度の変化に伴い細孔径分布が変化し、その結果がPs寿命に反映されることを確認した。ここで開発した陽電子消滅法シミュレータを活用することで,陽電子消滅法の測定結果を詳細な構造モデルと対比させて議論することが可能となるとともに、分離膜のような微細孔をもつ材料のミクロ構造の妥当性を検証するためのモデリング技術としての利用が期待される。

今年，我们的研究目标是正电子湮没法模拟器的开发，取得了以下成果。关于2009年开发的正电子湮没法模拟器，我们拥有（1）用于电子密度分布的高速量子计算模块，（2）根据电子密度分布可视化孔隙分布并计算体积的模块，以及（3）改进了正电子动力学计算模块（4）正电子寿命曲线计算和孔径分布计算模块，提高了精度和可操作性。此外，我们选择了聚合物分离膜系统作为示范测试的目标，这是我们2010年的目标之一，并应用了开发的模拟器。在演示测试中，通过使用分子动力学方法将其非晶化至预定密度，创建了由芳香族聚酰胺的三个三聚链组成的膜模型。我们对该结构应用了模拟器并计算了正电子素 (Ps) 的寿命。从模拟器获得的计算值与测量值的数量级大致相同，证实可以很好地再现孔径分布的测量值。我们还创建了具有不同薄膜密度的聚合物薄膜，并进行了类似的寿命预测模拟。结果，我们确认孔径分布随着膜密度的变化而变化，并且该结果反映在Ps寿命中。利用这里开发的正电子湮没法模拟器，可以将正电子湮灭法的测量结果与详细的结构模型进行比较来讨论，也可以将正电子湮没法的测量结果与详细的结构模型进行比较和讨论。结构模型有望用作验证结构有效性的建模技术。