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【書籍】 第一原理シミュレータ入門 ―PHASE & CIAO―

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第一原理シミュレータ入門 ―PHASE & CIAO―
著者 山本武範 濱田智之 山崎隆浩
岡本政邦 大野隆央 宇田毅
定価 ¥3,240 (税込)
形態 A5版/88頁/ソフトカバー/付録CD付
発行所 アドバンスソフト
発行日 2004.7.10
ISBN 4-9902143-2-3
  • 本書は、第一原理計算シミュレータ「PHASE」及び擬ポテンシャル作成シミュレータ「CIAO」の解説書です。これらの理論的な背景を概説した後、計算環境の設定、具体的な例題の計算について説明します。
  • 「PHASE」及び「CIAO」は、産業応用上で重要な課題への適用を念頭において開発されており、半導体、絶縁体、金属、磁性金属など、多様な物質の示す多様な現象の第一原理解析が可能です。結晶やアモルファスのような3次元構造だけでなく、表面・界面などの2次元構造、クラスター・分子などの孤立系にも適用できます。数値計算の安定性・収束性を高めるとともにプログラムの高速化・並列化を行った結果、数100原子を含む大きな系に対する信頼性の高い解析が可能になり、様々な問題への適用がなされつつあります。

本書について

本書は,文部科学省ITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」プロジェクトにおいて開発された第一原理計算シミュレータ「PHASE」及び擬ポテンシャル作成シミュレータ「CIAO」の解説書である.

「PHASE」及び「CIAO」は,産業応用上で重要な課題への適用を念頭において開発されており,半導体,絶縁体,金属,磁性金属など,多様な物質の示す多様な現象の第一原理解析が可能である.結晶やアモルファスのような3次元構造だけでなく,表面・界面などの2次元構造,クラスター・分子などの孤立系にも適用できる.数値計算の安定性・収束性を高めるとともにプログラムの高速化・並列化を行った結果,数100原子を含む大きな系に対する信頼性の高い解析が可能になり,様々な問題への適用がなされつつある.

このように,「PHASE」は大規模コンピュータ上で威力を発揮するよう設計されているが,同時にパーソナル・コンピュータ上でも手軽に利用でき,実験の解析や教育など広い用途への対応も可能である.

本書では,「PHASE」及び「CIAO」の理論的な背景を概説した後,計算環境の設定,具体的な例題の計算について説明する.本書が第一原理シミュレーションの世界に読者を導く良いガイドブックとなれば幸いである

付録CD 付録CD
付録CDには、カラー図集とアニメーションが納められています。

AFMチップ先端構造

AFM TipのSEM像

PHASEの応用例:誘電率解析

(a) 結晶構造データベースから
必要な構造をダウンロードする.
(b) 独立な原子を切り出す.



(c) 有効電荷を計算する. (d) 基準振動を求める.
誘電率が求まった.

目次

1. 理論の概要

  • 1.1 バンド計算
  • 1.2 第一原理計算
  • 1.3 密度汎関数法
  • 1.4 擬ポテンシャル
  • 1.5 第一原理分子動力学

2. 準備

  • 2.1 PHASE使用の準備
    • 2.1.1 PHASEのインストール
    • 2.1.2 MPINのインストール
    • 2.1.3 PHASEのコンパイル
  • 2.2 CIAOの準備 2.2.1 コンパイル方法

3. 計算の実際

  • 3.1 結晶シリコンの計算
    • 3.1.1 入力データの説明
    • 3.1.2 出力データの説明
  • 3.2 結晶シリコンのバンド構造図と状態密度図
    • 3.2.1 特殊点と対称線
    • 3.2.2 Siのバンド構造
    • 3.2.3 Siの状態密度
  • 3.3 2元系の計算 -SiO2-
    • 3.3.1 水晶
    • 3.3.2 構造最適化
  • 3.4 固体表面の計算 -Si(001):H-
    • 3.4.1 周期スラブモデル
    • 3.4.2 Si (001)-1×1理想表面
    • 3.4.3 Si (001):H-1×1表面
  • 3.5 磁性物質の計算 -Fe-
    • 3.5.1 固体の磁性
    • 3.5.2 Feの計算
    • 3.5.3 総安定性

4. 第一原理擬ポテンシャルとその作成法

  • 4.1 第一原理擬ポテンシャルとは
    • 4.1.1 第一原理擬ポテンシャルの考え方
    • 4.1.2 擬ポテンシャルの条件
    • 4.1.3 対数微分
    • 4.1.4 ノルム保存とウルトラソフト
    • 4.1.5 局所ポテンシャルと非局所ポテンシャル
    • 4.1.6 分離型ポテンシャルとゴースト状態
    • 4.1.7 コア補正
  • 4.2 CIAOの特徴
  • 4.3 CIAOの実行
  • 4.4 ノルム保存擬ポテンシャルの作成
  • 4.5 ウルトラソフト擬ポテンシャルの作成
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