【書籍】 第一原理シミュレータ入門 ―PHASE & CIAO―
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- 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
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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． |
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| (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． |
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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
