理科

Quantum Monte Carloフレームワーク内での成功フォノン計算

映像: TurboRVB表示によって変化モンテカルロレベルで計算されたダイヤモンドのフォノン分散 より

クレジット:JAISTのKousuke Nakano

Ishikawa、Japan – 材料科学と物性物理学の計算の研究の焦点と究極の目標は、電子が物質の内部でどのように作用するかを説明する基本的な方程式であるシュレーディンガー方程式を正確に(近似を簡素化することなく、)解決することです。 実験は、確かに材料の特性についての興味深い洞察を提供することができますが、デフォルトの物理的なメカニズムを明らかには、多くの場合、計算します。 しかし、計算は、実験データに依存する必要がなく、実際には “初期の計算」というアプローチを独立して行うことができます。 密度関数理論(DFT)は、このようなアプローチの人気の例です。

ほとんどの物質科学と物性物理学者にDFT計算は、職業の基本です。 しかし、強力な技術であるにもかかわらず、DFTは、異常な電子と磁気的特性を持つ材料である「強く相関された材料」に限定的な成功を収めました。 これらの材料は、それ自体で興味深いが、技術的に有用な特性を持っており、これは、このを説明するのに適した初期フレームワークを強力に動機を付与します。

このため、「ab initio quantum Monte Carlo」(QMC)として知られてフレームワークは、かなりの可能性を示してくれたDFTよりも優れているため、次世代の電子構造計算になると予想されます。 しかし、QMCさえエネルギーと原子力の計算に大きく制限されて有用な材料特性の計算の有用性を制限します。

今、画期的な 出版された研究 物理的な検討B (編集者の提案)は、科学者たちは、原子力の評価の統計的エラーを2倍に減らし、計算速度を104倍まで高めることができるアプローチをベースにした手順を一段階引き上げた! 日本の科学技術院(JAIST)のKousuke Nakano助教授は「計算時間の大幅な短縮はQMC計算範囲を大幅に拡大して処理しにくかった物質の原子の特性を非常に正確に予測できるようにすること」と言います。 彼は仲間のJAISTのRyo Maezono教授、イタリアSISSA(International School for Advanced Studies)のSandro Sorella教授、フランスSorbonneUniversitéのTommaso Morresi博士とMichele Casula教授と一緒にこの画期的な成果を導きました。

研究チームは、概念実証として、一般的な基準物質であるダイヤモンドの原子の振動を計算するために開発された方法を適用し、その結果が、実験値と一致することを示しました。 この計算を実行するために、彼らは、日本のRIKENの他のコンピュータと一緒に日本のJAIST(Japan Advanced Institute of Science and Technology)の高級コンピューティングインフラストラクチャ研究センターの大規模なコンピュータであるCray-XC40を使用しました。 このチームは、「TurboRVB」というQMCソフトウェアパッケージを使用していました。 最初はSorella教授とCasula教授が始めた後Nakano教授が他の人と一緒に開発して、以前にアクセスすることができなかったダイヤモンドのフォノン分散の計算を実行して、大幅に拡大しました。 の範囲。

Nakano教授は、情報科学と計算物理学の技術を使用して、新しい材料を設計して検索する分野である材料情報学(MI)でQMCの応用を期待します。 「MIは現在DFTによって管理されているがエクサスケールのスーパーコンピュータのようなコンピュータのパフォーマンスの急速な発展は、QMCの人気を得るのに役立ちなるでしょう。そのような点で、私たちが開発した方法は、実際のアプリケーションで新しい材料を設計するのに非常に便利になります。」、楽観的な中野博士が結論に達しまし。

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日本の科学技術研究所(Japan Advanced Institute of Science and Technology、Japan)について

1990年、石川県で設立された日本の科学技術院(JAIST)は、日本初の独立国家大学院です。 30年の安定した発展の末JAISTは日本最高の大学の一つとなった。 JAISTは、複数の衛星キャンパスを考慮し多様性が重要である最先端の教育システムに有能なリーダーを育成するために努力します。 卒業生の約40%が留学生です。 この大学は、学生が最先端の研究を行うことができる強固な基盤を備えることができるように慎重に設計されたカリキュラムの中心のカリキュラムをベースにしたユニークなスタイルの大学院教育を提供しています。 JAISTはまた、産学共同研究を促進し、地域や海外のコミュニティと密接に協力します。

日本の科学技術研究所のKousuke Nakano紹介

Kousuke Nakano博士は2019年から日本JAIST(Japan Advanced Institute of Science and Technology)の情報科学部助教授です。 彼B.Sc. とM.Sc. 2012年と2014年に京都大学で工学を専攻し、博士号を取得しました。 2017年JAISTでコンピュータと情報科学を専攻しました。 彼の研究の関心分野はQMC(Quantum Monte Carlo)シミュレーション、DFT(Density Functional Theory)と材料情報学です。 彼は現在、彼の開発を助けた」TurboRVB」というQMCソフトウェアを使用して、第1原理QMC計算を研究しています。 若くダイナミックな研究者として、彼は500以上の引用と28個の論文を功労で認めています。

資金について

計算リソースは、日本の科学技術研究所(JAIST)の先端コンピューティングインフラ研究センター設備、PRACEプロジェクト番号2019204934、RIKEN(スーパーコンピュータFugaku)でHPCIシステム検索プロジェクト(プロジェクトID:hp200164)。 この研究では、ANR-11-IDEX-0004-02を参照の下Investissements d」Avenirプログラム内でANRが管理するフランスの主基金に資金を支援し、より具体的には、Sorbonne University、the Simonsが率いるCluster of Excellence MATISSEフレームワーク内で行われました。 イノベーション科学研究財団と助成金サポート(No. 16H06439)、MEXT-KAKENHI(19H04692と16KK0097)、Toyota Motor Corporation、空軍科学研究室(AFOSR-AOARD / FA2386-17-1-4049); FA2386-19-1-4015)、JSPS両者の共同プロジェクト(インドDSTを含む)とPRIN 2017BZPKSZ。

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Omori Yoshiaki

ミュージックホリック。フードエバンジェリスト。学生。認定エクスプローラー。受賞歴のあるウェブエキスパート。」

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