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論文

Reduced-shifted conjugate-gradient method for a Green's function; Efficient numerical approach in a nano-structured superconductor

永井 佑紀; 篠原 康*; 二村 保徳*; 櫻井 鉄也*

Journal of the Physical Society of Japan, 86(1), p.014708_1 - 014708_9, 2017/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:54.1(Physics, Multidisciplinary)

銅酸化物高温超伝導体や鉄系高温超伝導体に代表される非従来型超伝導体は、様々な産業への応用が期待され世界中で盛んに研究されている。これらの非従来型超伝導体などをデバイスとして応用するためには、第一原理計算などを駆使した物質の特徴を捉えたシミュレーション手法の開発が急務である。本稿では、上記課題に対し、ナノサイズの超伝導体のシミュレーション手法の開発に成功したことを報告する。なお、上記課題の解決にあたり、Reducedシフト共役勾配法(RSCG)法という大規模並列計算が可能な手法を超伝導シミュレーションに応用し、実際に機構の所有するスーパーコンピューターSGI ICE X上で大規模並列計算を行い、そのパフォーマンスを調べた。そして、従来の手法と比べて非常に高速で応用範囲が広いことを報告した。これらの結果は、超伝導体の基礎物性を明らかにする手法であるのみならず、第一原理計算と組み合わせることで物質の特徴を取り入れることができるため様々な異なる物質のナノ超伝導デバイスに適用可能であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

論文

Stochastic estimation of nuclear level density in the nuclear shell model; An Application to parity-dependent level density in $$^{58}$$Ni

清水 則孝*; 宇都野 穣; 二村 保徳*; 櫻井 鉄也*; 水崎 高浩*; 大塚 孝治*

Physics Letters B, 753, p.13 - 17, 2016/02

AA2015-0661.pdf:0.39MB

 被引用回数:19 パーセンタイル:81.56(Astronomy & Astrophysics)

原子核の準位密度は中性子捕獲反応断面積を支配し、そのため原子力や天体核物理への応用に重要な役割を担っている。この論文では、準位密度を殻模型を用いて現実的かつ精度よく計算する新しい手法を提唱し、その有用性を示した。この手法は、準位密度を複素平面の周回積分に置き換え、その各積分点で現れるオペレータのトレースを確率的に効率良く求めるという発想に基づいている。厳密に固有値分布が得られる系でこの手法の有用性を確かめた後、従来直接的には計算不可能だった$$^{58}$$Niのパリティ依存準位密度を計算した。その結果、$$^{58}$$Niの$$2^+$$$$2^-$$状態の準位密度が低い励起エネルギーでほぼ等しくなるという、これまでの手法では再現できなかった性質を微視的に得ることに初めて成功した。

論文

Numerical construction of a low-energy effective Hamiltonian in a self-consistent Bogoliubov-de Gennes approach of superconductivity

永井 佑紀; 篠原 康*; 二村 保徳*; 太田 幸宏*; 櫻井 鉄也*

Journal of the Physical Society of Japan, 82(9), p.094701_1 - 094701_10, 2013/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:68.42(Physics, Multidisciplinary)

銅酸化物高温超伝導体に代表される非従来型超伝導体は、原子力分野をはじめとして、さまざまな産業への応用も期待され世界中で盛んに研究されているが、これらの超伝導体を利用したマイクロデバイスを設計するためには量子力学的挙動も含めて正確に取り扱うことが必要である。本研究では、上記課題に対し、スペクトル直交多項式展開と杉浦櫻井法を併用した並列性の極めて高い数値計算手法を開発したことを報告する。なお、上記課題の解決にあたっては、その並列計算性能を示すために、スーパーコンピュータBX900に最適化した超大規模並列計算コードを開発することに成功した。これらの結果は、超伝導体のシミュレーションのみならず、実空間第一原理計算等の巨大な系を扱える手法の一つとしても有用であり、さまざまな系に適用可能であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

口頭

Sakurai-Sugiura法による実空間Bogoliubov-de Gennes方程式の高速数値解法

永井 佑紀; 篠原 康*; 二村 保徳*; 太田 幸宏; 櫻井 鉄也*

no journal, , 

銅酸化物高温超伝導体に代表される非従来型超伝導体は、原子力分野をはじめとして、さまざまな産業への応用も期待され世界中で盛んに研究されているが、これらの超伝導体を利用したマイクロデバイスを設計するためには量子力学的挙動も含めて正確に取り扱うことが必要である。本研究では、上記課題に対し、スペクトル直交多項式展開とSakurai-Sugiura法を併用した並列性の極めて高い数値計算手法を開発したことを報告する。なお、上記課題の解決にあたっては、その並列計算性能を示すために、スーパーコンピュータBX900に最適化した超大規模並列計算コードを開発することに成功した。これらの結果は、超伝導体のシミュレーションのみならず、実空間第一原理計算等の巨大な系を扱える手法の一つとしても有用であり、さまざまな系に適用可能であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

口頭

Shifted CG法を用いた超伝導自己無撞着平均場計算の実空間高速解法

永井 佑紀; 篠原 康*; 二村 保徳*; 櫻井 鉄也*

no journal, , 

銅酸化物高温超伝導体や鉄系高温超伝導体に代表される非従来型超伝導体は、様々な産業への応用が期待され世界中で盛んに研究されている。超伝導体を機能デバイスとして応用するには、微小な超伝導体の挙動を正確にシミュレーションする技術開発が急務である。本発表では、上記課題に対し、共役勾配法をベースとした新しい数値解法(Reduced-Shifted-Conjugate-Gradient法(RSCG法))を開発したことを報告する。なお、上記課題の解決にあたり、スーパーコンピュータICE Xで超大規模並列計算が可能なようにRSCG法を実装し、ボゴリウボフドジャン方程式とギャップ方程式を自己無撞着に高精度に解くコードを開発した。本発表では、そのベンチマークの結果として、銅酸化物高温超伝導体のナノディスクの物性をシミュレーションした結果を報告する。これらの結果は、超伝導体の機能デバイスシミュレーション開発の成果であるのみならず、広く原子力分野での有効なデバイス開発に対して適用可能なシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

口頭

動的平均場理論に対する、LOBPCG法とshifted COCG法を用いた厳密対角化ソルバー

永井 佑紀; 篠原 康*; 山田 進; 二村 保徳*; 今村 俊幸*; 櫻井 鉄也*

no journal, , 

銅酸化物高温超伝導体などの非従来型超伝導体は、原子力分野をはじめとして、さまざまな産業への応用も期待され世界中で盛んに研究されている。この超伝導体の超伝導発現機構を解明するためには、電子の強相関効果を正確に取り込んだシミュレーション手法の開発が重要である。本発表では、上記課題に対し、動的平均場理論による強相関電子の新しいシミュレーション手法を開発したことを報告する。なお、上記課題の解決にあたり、動的平均場理論の不純物ソルバーとして地球シミュレータ等のスーパーコンピュータで高効率を達成した厳密対角化ソルバ(LOBPCG法)を用い、さらに今回新しく開発したReduced-Shifted-Conjugate-Gradient(RSCG)法を組み合わせることで、ICE X上での高精度な数値シミュレーションが可能となった。本発表では、この手法の有用性と性能についてのベンチマーク結果を報告する。これらの結果は、固体物性で重要な役割を果たす電子相関を明らかにする手法の開発であるのみならず、様々な物質系にも適用可能であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

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