On the hierarchical parallelization of simulations

第一原理シミュレーションの階層的並列化について

Ruiz-Barragan, S.*; 石村 和也*; 志賀 基之   

Ruiz-Barragan, S.*; Ishimura, Kazuya*; Shiga, Motoyuki

第一原理シミュレーションを階層的に並列化した新しい計算コードPIMD-SMASHを開発した。これによって、数十分子程度の水クラスター系について、経路積分分子動力学シミュレーションを効率的に実施できることを示した。また、開発されたコードを利用して、第一原理ストリング法によりシクロペンタジエンとブテノールのディールス・アルダー反応を調べた。その結果、水の水素結合によって反応のエネルギー障壁が下がることが見出され、この反応が水溶液中で加速するメカニズムを説明した。

A hierarchical parallelization has been implemented in a new unified code PIMD-SMASH for simulation where the replicas and the Born-Oppenheimer forces are parallelized. It is demonstrated that ab initio path integral molecular dynamics simulations can be carried out very efficiently for systems up to a few tens of water molecules. The code was then used to study a Diels-Alder reaction of cyclopentadiene and butenone by ab initio string method. A reduction in the reaction energy barrier is found in the presence of hydrogen-bonded water, in accordance with experiment.