セミナー情報

2019/8/23（金）［理論セミナー］（終了しました）
題目： Development of Low-order Scaling DFT Methods
講演者： 尾崎泰助
場所： 物性研究所本館６階 セミナー室５ (A615)
時間： 16:00-17:00

To further extend the applicability of first-principles electronic structure calculations based on density functional theory (DFT) to large-scale systems containing more than ten thousands of atoms, here we present development of low-order scaling DFT methods: one is a numerically exact one, the other is approximate O(N) methods. Though the conventional DFT calculations based on semi-local functionals scale as the third power of number of atoms, it will be shown that the computational complexity of DFT calculations can be reduced to a low-order scaling in a numerically exact sense [1,2]. We further discuss an efficient O(N) divide-conquer (DC) method based on localized natural orbitals (LNOs) for large-scale DFT calculations of gapped and metallic systems [3], where the LNOs are noniteratively calculated by a low-rank approximation via a local eigendecomposition of a projection operator for the occupied space. In addition to the low-order scaling methods, efficient parallelization methods for massively parallel computers will be presented for atom decompositions [4] and fast Fourier transforms [5,6].

References:
[1] T. Ozaki, Phys. Rev. B 82, 075131 (2010).
[2] T. Ozaki, Phys. Rev. B 75, 035123 (2007).
[3] T. Ozaki, M. Fukuda, and G. Jiang, Phys. Rev. B 98, 245137 (2018).
[4] T.V.T. Duy and T. Ozaki, Comput. Phys. Commun. 185, 777 (2014).
[5] T.V.T. Duy and T. Ozaki, Comput. Phys. Commun. 185, 153 (2014).
[6] T.V.T. Duy and T. Ozaki, J. Supercomput. 72, 391 (2016).

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【2019年度】


2019/7/10（水）［理論インフォーマルセミナー］（終了しました）

題目：Quasiparticle and optical properties of potential 2D materials

講演者： Prof. Hung-Chung Hsueh (Department of Physics, Tamkang University, Taiwan)

場所： 物性研究所本館６階 セミナー室５ (A615)

時間： 16:00-17:00

Quasi-2D atomically thin materials display a number of unique properties not found in their bulk counterparts, such as large self-energy and excitonic effects due to the quantum confinement and reduced screening with layer number close to the 2D limit. These atomically thin layer structures demonstrate rich physics and pave the way for emerging fields, such as excitonics and valleytronics, with great potential for applications in next-generation devices. To probe the dimensionality effects, we use ab initio GW+BSE methods based on many-body perturbation theory (MBPT) to explain and predict the quasiparticle and optical properties of potential quasi-2D semiconductors: monolayer group VI monochalcogenides (Ge,Sn/S,Se) and transition metal dichalcogenides (MoSe2 and Janus MoSSe). Significant exciton binding energy, layer-controlled bandgap, anisotropic optical response [1], and possible valley polarization [2] serve as a convenient and efficient method for engineering the excited-state properties of quasi-2D systems.

References:
[1] Hung-Chung Hsueh, Jia-Xuan Li, and Ching-Hwa Ho, Adv. Optical Mater. 6, 1701194 (2018).
[2] Ang-Yu Lu, et.al, Nature Nanotechnology 12, 744 (2017).
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2019/7/9（火）［理論インフォーマルセミナー］（終了しました）

題目：Embedding the flat bands of Lieb, kagome, and checkerboard lattices into new structures: Tight-binding models to real materials

講演者： Dr. Chi-Cheng LEE（物性研）

場所： 物性研究所本館６階 セミナー室５ (A615)

時間： 16:00-17:00

The studies of dispersion-less bands revealed in electronic and photonic systems have caught great attention recently. Many exotic quantum phenomena, for example, the high-transition-temperature superconductivity associated with the infinitely large density of states of the flat bands, are proposed. In this talk, I will begin with an introduction to the flat bands using Wannier functions. Then I will introduce three tight-binding models, namely the Lieb, kagome, and checkerboard lattices, by considering only the nearest-neighbor hopping parameters and demonstrate that the recognized flat bands associated with the three lattices can be ideally embedded into new structures, respectively [1]. Finally, I will provide several examples for the appearance of nearly flat bands realized in two-dimensional materials with long-range hopping beyond the simplified tight-binding models based on our first-principles calculations for the systems composed of Ge atoms.
Our study clearly demonstrates that the flat bands given by the well-known lattices, namely the Lieb, kagome, and checkerboard lattices, can be ideally embedded into the new structures that cannot be recognized as the original ones. Therefore, the amount of materials that can give interesting flat-band physics could be much larger.

References:
[1] Chi-Cheng Lee et al., arXiv:1904.07048 (2019).
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2019/6/21（金）［物質設計評価施設セミナー］（終了しました）

題目：網羅的DFT計算によるAB2型2次元物質の構造マップ

講演者： 福田 将大 (物質設計評価施設)

場所： 物性研究所本館６階 セミナー室５ (A615)

時間： 13:00-14:00

この十数年で2次元物質はその多様な物性と幅広い応用可能性から多くの注目を集めている。特に近年の剥離・合成技術の発展により、1T(trigonal monolayer) や 1H (hexagonal monolayer)といった特徴的な構造を持つAB2型の遷移金属ダイカルコゲナイド(e.g. MoS2) やMXenes (遷移金属カーバイド/ナイトライド) などに関する研究が多数報告されている。多くのAB2型単層物質が既に報告されているが[1]、AB2型の化合物だけであっても元素の組み合わせは膨大であるため、まだまだ計算物質科学の立場から未知の２次元物質を探索する余地が十分にあると考えられる。そこで本研究ではOpenMX[2]を用いた網羅的DFT計算によりAB2型2次元物質の構造マップを作成した[3,4]。具体的には、希ガスやランタノイドやアクチノイドを除いた62元素の組み合わせからなる3844化合物(=62元素×62元素)に対して初期構造として1T・1H・planarの3種類を用意し、2×2のスーパーセルに対して構造最適化を行い、得られた構造を空間群で分類することにより構造マップを作成した。また、この構造マップを用いて周期表の族の組み合わせごとに1T/1H構造を持つ化合物の数をまとめることにより、1T/1H構造になりやすい族の組み合わせを明らかにした。さらに、原子サイズのバイナリ記憶素子として機能すると考えられる「メモリ構造」や、その他特徴的な未知のAB2型2次元物質が構造最適化により得られた。
このような構造マップは、未知の2次元物質の構造探索に新しい視点を与え、さらなる実験的な構造探索を促進するとともに新規物性の探索にも非常に有用であると考えられる。

References:
[1] J. Zhou et al., Nature 556, 355 (2018).
[2] OpenMX
[3] M. Fukuda, J. Zhang, Y.-T. Lee, T. Ozaki, arXiv:1904.06047 [cond-mat.mtrl-sci]
[4] Our structure map and database on interactive website



2019/6/21（金）［理論インフォーマルセミナー］（終了しました）

題目：Shaping Nanostructures Using Molecules

講演者： Dr. Shih-Hsuan HUNG (物性研)

場所： 物性研究所本館６階 セミナー室５ (A615)

時間： 16:00-17:00

Metallic nanoparticles are widely used for technological applications in catalysis, data storage and solar energy. However, the performance of nanoparticles is usually determined by the shape of nanoparticles. Therefore, understanding the morphology and composition of the metallic nanoparticles changed by environment is important. In this presentation, we will discuss the external factors, such as adsorbed molecules and substrate material, on nanoparticle using density functional theory (DFT) calculations. First, we present the morphology changing of L10 ordered FePt epitaxial growth on Mg(1-x)TixO substrates [1]. Second, we demonstrate the investigation on Ti nanoparticles oxidation, strain and oxygen penetration [2]. Next, we investigate the atomic arrangement of TiPt nanoparticles under different oxygen adsorption [3]. Finally, we study the strong metal-support interaction (SMSI) between Au nanoparticles and ZnO substrates and partly explain the enhanced catalytic reaction (CO oxidation) by the ZnO encapsulation. The investigations show computational calculations can be used to model modification of nanoparticles by adsorbed molecules or supports, and study the properties changing, such as morphology, energy barrier, atomic arrangement and catalytic performance. In summary, the study demonstrates the functional characteristics of nanoparticles highly depend on their nanostructures.

References:
[1] S-H. Hung and K. P. McKenna, Phys. Rev. Materials 1, 024405 (2017).
[2] S-H. Hung and K. P. McKenna, J. Phys. Chem. C 122, 3107 (2018).
[3] S. Gholhaki, S-H. Hung, D. J. H. Cant, C. E. Blackmore, A. G. Shard, Q. Guo, P. McKenna and R. E. Palmer, RSC Adv. 8, 27276 (2018).
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【2018年度】


2018/11/6（火） [LASORセミナー] [理論セミナー]（終了しました）

題目: Multistep nonradiative decay pathways of biomolecules

講師: 山崎 馨 氏（東北大学金属材料研究所）

場所: 物性研究所本館６階 第5セミナー室

時間: 16:00-17:00

『Multistep nonradiative decay pathways of biomolecules』
Nonradiative decay (NRD) processes such as internal conversion (IC) and intersystem crossing (ISC) govern photo-functionality of living systems such as the photostability of the DNA, phototaxis, visual perception etc. Understanding this complex NRD pathways of biomolecules should help us develop bio-inspired photo-functional materials. In this talk, we will share our recent theoretical works on the multistep NRD pathways of biomolecules in gas phase with the aids of pump-probe experiments:
(1) Structure dependent photoisomerization routes of cinnamate based sunscreens^1,2
We found that the structural isomers of cinnamate based sunscreens undergo trans → cis photo-isomerization under UV irradiation but differ in the isomerization pathway (ISC or IC) ^1,2. These results suggest that controlling the substitution position is essential to design the cinnamate based photo-functional materials.
(2) Ultrafast nonadiabatic cascade of XUV excited caffeine molecule³
We also found the XUV excited caffeine molecule undergoes a nonadiabatic cascade via ~100 highly correlated mono-cationic states. These results show that both nonadiabatic coupling and electron correlation are the keys for ultrafast reaction dynamics in the highly-correlated electronic excited states.
References:
[1] K. Yamazaki, S. Maeda*, M. Ehara*, T. Ebata* et al., J. Phys. Chem. Lett. 7, 4001 (2016).
[2] S. Kinoshita, K. Yamazaki*, M. Ehara*, T. Ebata* et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 17583 (2018).
[3] A. Marciniak, K. Yamazaki*, F. Lepine* et al., J. Phys. Chem. Lett., submitted (2018).
*Corresponding authors



滞在型ワークショップ
The International Summer workShop 2018 on First-Principles Electronic Structure Calculations (ISS2018)（終了しました）

日程:	(July 2nd-6th) The Summer School on DFT: Theories and Practical Aspects
	(July 9th and 10th) The 3rd OpenMX developer's meeting (July 11th and 12th) Advanced Lecture Series
場所:	物性研究所本館６階


【2017年度】

2018/6/1（金） 理論セミナー（終了しました）

題目: トポロジカル熱電変換物質デザインへ向けた異常ネルンスト係数の第一原理計算

講師: 石井　史之 氏 / 金沢大学大学院 自然科学研究科 数物科学専攻, 東京大学物性研究所

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

『トポロジカル熱電変換物質デザインへ向けた異常ネルンスト係数の第一原理計算』
新たな物性の起源として，電子状態のトポロジーが注目を浴びている。多くの第一原理電子状態計算プログラムに初めて導入されたBloch波動関数のトポロジーに関連した計算手法は，1993年に提案された電気分極を計算するKing-SmithとVanderbiltによるベリー位相の方法[1]である。我々はこれまで，ベリー位相の方法，それを拡張したベリー曲率，トポロジカル不変量（Chern数, Z2数）の計算手法の第一原理電子状態計算プログラムへの実装とその応用[2-5]に取り組んできた。本講演では，それらの熱電変換現象への応用例について紹介する。
我々は，熱電変換材料の高効率化を模索する新たな方向性として，ベリー曲率由来の異常ホール係数のフェルミ準位依存性が重要となる，異常ネルンスト係数の大きな系の物質デザインをめざしている。その取り組みとして，スカーミオン結晶モデル[4], 酸化物薄膜スカーミオン結晶[6], ハーフホイスラー強磁性体[7]についての我々の最近の研究を紹介し，ベリー曲率が誘起する巨大な熱電変換効果を示す物質, トポロジカル熱電変換物質デザイン指針の構築についての展望を述べる。
[1] R.D. King-Smith and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B, 47, 1651(1993).
[2] F. Ishii and T. Oguchi, J. Phys. Soc. Jpn., 71, 336 (2002).
[3] F. Ishii, N. Nagaosa, Y. Tokura, and K. Terakura, Phys. Rev. B 73, 212105 (2006).
[4] Y. P. Mizuta and F. Ishii, Sci. Rep., 6, 28076(2016).
[5] H. Sawahata, N. Yamaguchi, H. Kotaka, and F. Ishii, Jpn. J. App. Phys., 57, 030309 (2018).
[6] Y.P. Mizuta, H. Sawahata, and F. Ishii, arXiv:1803.08148.
[7] S. Minami, F. Ishii, Y.P. Mizuta, and M. Saito, arXiv:1804.00297.



2018/2/21（水） 理論インフォーマルセミナー（終了しました）

題目: Photoinduced reaction dynamics of nanocarbons

講師: Dr. Kaoru Yamazaki / Institute for Materials Research, Tohoku Univ.

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 13:30-14:30

2017/12/1（金） 理論セミナー（終了しました）

題目: Recent Progress in a Calculation Method of Quasiparticle Spectra

講師: 大野かおる氏 / 横浜国立大学大学院工学研究院

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2017/8/29（火） 理論セミナー（終了しました）

題目: Skyrmion crystal as a promising thermoelectric converter: A prediction from first-principles

講師: Mr. Yo Pierre Mizuta / Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 14:00-15:00

2017/7/28（金）理論インフォーマルセミナー（終了しました）

題目：Origin of the spin reorientation transitions in antiferromagnetic MnPt-based alloys（終了しました）

講師：Dr. Po-Hao Chang / Department of Physics and Astronomy, University of Nebraska-Lincoln

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2017/5/30（火）理論セミナー（終了しました）

題目：Absolute binding energies of core levels in solids from first principles（終了しました）

講師：尾崎 泰助 / 東京大学物性研究所

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00




『Photoinduced reaction dynamics of nanocarbons』
Nanocarbons such as fullerene, carbon nanotube, and graphene are the fundamental materials for carbon-based nanotechnologies. Their optical and electronic properties heavily depend on their size and shape. In order to realize single-molecule scale structural engineering of nanocarbons using laser irradiation, we quantum-chemically investigated the mechanism of the photoinduced reaction dynamics of nanocarbons both in energy and time domains.
We first investigated the reaction paths of Stone?Wales rearrangement (SWR), i.e., π/2 rotation of two carbon atoms with respect to the midpoint of the bond, in graphene and carbon nanotube at the MS-CASPT2//SA-CASSCF level of multi-reference molecular orbital theory [1]. We found that the vibronic (electron-phonon) coupling play a crucial role to reduce the effective reaction barriers of the photoinduced defect formation of nanographene.
We next investigated that the fragmentation dynamics of the highly charged fullerene cation C60q+ (q = 20-60) produced by the irradiation of x-ray free electron laser pulse using on-the-fly classical trajectory calculations combined with density functional based tight-binding theory. We found that a two-step explosion mechanism governs the fragmentation dynamics [2]: C60q+ firstly ejects singly and multiply charged fast atomic cations Cz+ (z ? 1) to reduce its strong intramolecular Coulomb repulsion on a timescale of 10 fs. Thermal (statistical) evaporations of slow atomic and molecular fragments from the remaining core cluster subsequently occur on a timescale of 100 fs to 1 ps.
I will also briefly discuss our recent results on the real-time imaging of the near-/mid-IR induced coherent vibration of C60, which is considered as the initial step of the photoinduced fragmentation of C60 [3]

References:
[1] K. Yamazaki et al., J. Phys. Chem. A 116, 11441 (2012).
[2] K. Yamazaki et al., J. Chem. Phys. 141, 121105 (2014).
[3] K. Yamazaki et al., to be submitted.

『Recent Progress in a Calculation Method of Quasiparticle Spectra』
Photoelectron spectra represent the total energy difference between the N-electron system and the (N±1)-electron system, which give the basic idea of the quasiparticle (QP) energies.
Very recently, we found that the rigorous formulation involving the QP energies, the QP wave functions, and the QP equation can be applied not only to the N-electron ground state but also to any M-electron excited eigenstate [1]. Focusing on this topic, I will explain our recent achievement of the self-consistent GWΓ calculation [2], the GW without Bethe-Salpeter equation method for photoabsorption spectra [3], and the TDGW method for excited state dynamics simulations [4]. These calculations were carried out by using the all-electron mixed basis approach (program name TOMBO), which uses both numerical atomic orbitals and plane waves [5].
[1] K. Ohno, S. Ono, and T. Isobe, J. Chem. Phys. 146, 084108 (2017).
[2] R. Kuwahara, Y. Noguchi, and K. Ohno, Phys. Rev. B 94, 121116(R) (2016).
[3] T. Isobe, R. Kuwahara, and K. Ohno, to be submitted.
[4] T. N. Pham, S. Ono, and K. Ohno, J. Chem. Phys. 144, 144309 (2016).
[5] S. Ono, Y. Noguchi, R. Sahara, Y. Kawazoe, and K. Ohno, Comp. Phys. Comm 189, 20 (2015).

『Skyrmion crystal as a promising thermoelectric converter: A prediction from first-principles』
The anomalous Nernst effect (ANE), a heat-to-electric conversion in mutually transverse directions, can be driven by an emergent magnetic field B originating from inhomogeneous magnetic moments in solids. Large ANE has been experimentally confirmed in various ferromagnets, and only very recently, also in an antiferromagnet [1]. Here we theoretically propose that, the Skyrmion crystal (SkX), in which magnetic topological objects Skyrmions are crystallized, is another candidate to host large ANE.
We have found through first-principles calculations on a single s-orbital model using the package OpenMX [2] and Wannier90 [3] that, in a two dimensional SkX phase a large ANE would appear when chemical potential μ is properly tuned (Figure) [4]. This was interpreted as due to its characteristic distribution of Chern numbers among the bands (each Chern number representing quantized flux of B field through each electronic band in momentum space).
Following such an observation in the simplest model of square SkX [4], our subsequent computations on a more realistic oxide film also predict large ANE.
This motivates further studies of ANE in the SkX family, in quest of better thermoelectric materials that exploit this effect.

[1] M. Ikhlas et al., Nature Physics (2017) doi:10.1038/nphys4181.
[2] T. Ozaki et al., Open source package for Material eXplorer,　http://www.openmx-square.org/
[3] A. A. Mostofi et al., http://www.wannier.org.
[4] Y. P. Mizuta and F. Ishii, Scientific Reports 6, 28076 (2016).

『Origin of the spin reorientation transitions in antiferromagnetic MnPt-based alloys』
Antiferromagnetic MnPt exhibits a spin reorientation transition (SRT) as a function of temperature, and offstoichiometric Mn-Pt alloys also display SRTs as a function of concentration. Here we describe the origin of these SRTs using first-principles calculations based on the coherent potential approximation, treating chemical and thermally-induced spin disorder on equal footing. We find that the experimentally observed SRTs are related to specific features in the band structure, and we perform a detailed analysis of the effects of temperature and concentration on the magnetocrystalline anisotropy.
Reference:
P.-H. Chang, T. Markussen, S. Smidstrup, K. Stokbro, and B.K. Nikolic, Phys. Rev. B 92, 201406(R) (2015).
J.M. Marmolejo-Tejada, K. Dolui, P. Lazic, P.-H. Chang, S. Smidstrup, D. Stradi, K. Stokbro, B.K. Nikolic, arXiv:1701.00462.

『Absolute binding energies of core levels in solids from first principles』
The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is one of the most important and widely used techniques in studying chemical composition and electronic states in the vicinity of surfaces of materials. In spite of the long history of XPS and its importance in materials science, a general method has not been developed so far to calculate absolute binding energies for both insulators and metals, including multiple splittings due to chemical shift, spin-orbit coupling, and exchange interaction, on equal footing. Here, we propose a general method to calculate absolute binding energies of core levels in metals and insulators, based on a penalty functional and an exact Coulomb cutoff method in a framework of the density functional theory [1]. It is demonstrated that the absolute binding energies of core levels for both metals and insulators are calculated by the proposed method in a mean absolute (relative) error of 0.4 eV (0.16 %) for eight cases compared to experimental values measured with XPS within a generalized gradient approximation to the exchange-correlation functional. Recent applications of the method including silicene [2], borophene, and platinum atoms will also be discussed in comparison with experimental data together with analysis of the initial and final state effects based on an energy decomposition method.
[1] T. Ozaki and C.-C. Lee, Phys. Rev. Lett. 118, 026401 (2017).
[2] C.-C. Lee, J. Yoshinobu, K. Mukai, S. Yoshimoto, H. Ueda, R. Friedlein, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki, Phys. Rev. B 95, 115437 (2017).



【2016年度】

2017/2/10（金）理論セミナー（終了しました）

題目：Rare-earth magnet（終了しました）

講師：三宅 隆 氏 / 産業技術総合研究所, 物質・材料研究機構

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2016/8/26（金）理論インフォーマルセミナー（終了しました）

題目：第一原理電子状態計算を用いた新奇硫化物熱電材料の物性解明とマテリアルデザイン

講師：宮田 全展 氏 / 北陸先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2016/6/24（金）理論インフォーマルセミナー（終了しました）

題目：Local physical quantities for spin based on quantum　electrodynamics

講師：福田 将大 / 東京大学物性研究所

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2016/5/20（金）理論セミナー（終了しました）

題目：アモルファス金属酸化物にある普遍的な秩序と不規則構造の記述法

講師：西尾 憲吾 氏 / 産業技術総合研究所機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2016/4/26（火）理論インフォーマルセミナー（終了しました）

題目�@：集団運動と集団的意思決定のモデル

講師：平岡 喬之 氏 / 東京大学工学系研究科物理工学専攻

場所: 物性研究所本館６階 A612号室

時間: 13:30-14:10

題目�A：Polyexciton stability in multi-valley semiconductor and optical trap for valley exciton

講師：加藤 洋生 氏 / 東京大学理学系研究科物理学専攻

場所: 物性研究所本館６階 A612号室

時間: 14:20-15:00




『Rare-earth magnet』
Rare-earth magnets are mainly composed of 3d transition metals (T) and rare-earth metals (R). The former yield large magnetization, while the latter are a source of strong magnetocrystalline anisotropy (at low temperature). Strong magnet compounds, such as Nd2Fe14B and Sm2Fe17N3, contain a light element (X) as a third element. We will discuss the role of the X element in the magnetism of R-T-X systems. First-principles calculations [1] clarify that the magnetic moment depends sensitively on X as a consequence of orbital hybridization between X-2p and T-3d. Crystal-field coefficients at the R sites are also affected by X. This suggests that magnetocrystalline anisotropy can be controllable by additive elements. We will also present a combined first-principles and classical spin model analysis of magnetocrystalline anisotropy at finite temperature [2,3,4].
[1] Y. Harashima et al., Phys. Rev. B 92, 184426 (2015).
[2] M. Matsumoto et al., J. Appl. Phys. 119, 213901 (2016).
[3] Y. Toga et al., Phys. Rev. B 94, 174433 (2016).
[4] T. Fukazawa et al., arXiv:1612.04478.

『第一原理電子状態計算を用いた新奇硫化物熱電材料の物性解明とマテリアルデザイン』
熱電発電とはゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する技術であり，密度の低い自然エネルギーや廃熱を用いて発電を行う“エネルギーハーベスティング”の中でも重要な位置を占めると期待されている．熱電発電素子として応用されているBi2Te3やPbTeは希少元素Teを含むため，Teを含まない熱電材料の開発が求められている．同じ16族で地殻に豊富に存在する硫黄SはTeの代替元素として有望であり，Sを主成分とした硫化物熱電材料の研究が精力的に行われている。
我々は硫化物に注目し，第一原理電子状態計算と実験の両面から遷移金属硫化物ウルマナイトNiSbSが巨大な出力因子を示すことを明らかにした[1]．第一原理電子状態計算ソフトウェアパッケージOpenMX[2]，ランダウアー理論に基づく電子輸送計算ツールQTWARE[3]を用いた詳細な電子構造の解析からNiSbSの高い出力因子の起源は化学ポテンシャルμ近傍の擬ギャップ構造であることを明らかにした．本講演ではこれらの詳細について発表するとともに，第一原理電子状態計算を用いた新奇硫化物熱電材料のマテリアルデザインについても紹介する[4]。
[1] M. Miyata, T. Ozaki, S. Nishino, and M. Koyano, (submitted to J. J. Appl. Phys.).
[2] T. Ozaki, Phys. Rev. B 67, 155108 (2003).
[3] http://www.rs.tus.ac.jp/takahiro/QTWare.html．
[4] M. Miyata, T. Ozaki, and M. Koyano, (submitted to J. Electron. Mater.).

『Local physical quantities for spin based on quantum　electrodynamics』
The local picture of electron spin is studied in the framework of quantum electrodynamics(QED). In the framework of QED, one of the fundamental local physical quantities is the energy-momentum tensor density, which is derived from the general principle of relativity.
Recently, the “quantum spin vorticity theory”[1] is proposed as a consequence of the general relativistic symmetry of the energy-momentum tensor.
The quantum spin vorticity theory can give the time evolution equations of the electronic momentum density and the spin angular momentum density as equations which relate local mechanical physical quantities derived from the energy-momentum tensor density.
These local images of an electronic state by the quantum spin vorticity theory can help us to understand spin phenomena in condensed matter and molecular systems from a unified viewpoint [2,3].
[1] A. Tachibana, J. Math. Chem. 50, 669 (2012); Electronic Stress with Spin Vorticity. In Concepts and Methods in Modern Theoretical Chemistry, S. K. Ghosh and P. K. Chattaraj. Eds., CRC Press, Florida (2013), pp. 235-251; J. Comput. Chem. Jpn. 13, 18 (2014); Indian J. Chem. A, 53, 1031 (2014).
[2] M. Fukuda, K. Soga, M. Senami, A. Tachibana, Int. J. Quant. Chem., 116, 920 (2016)
[3] M. Fukuda, K. Ichikawa, M.Senami, A. Tachibana, AIP Advances 6, 025108 (2016).

『アモルファス金属酸化物にある普遍的な秩序と不規則構造の記述法』
HfO2、ZrO2, TiO2, In2O3, Ga2O3, Al2O3,Cu 2O, Li2Oなどのアモルファス金属酸化物の原子構造を包括的に捉えた「二重ランダム充填構造」という考え方を導入し、一見複雑に見えるアモルファス金属酸化物には単純で普遍的な中距離秩序が存在することを説明する[1,2]。続いて、中距離よりも遠い秩序を系統的に調べるために必要な言葉が欠如していることを指摘し、その問題を解決するために創出した数理的手法を説明する[3,4]。不規則原子配列をボロノイ多面体タイリングで表現できるが、構成要素であるボロノイ多面体の配列パターンを数列で表現できれば、対応する原子配列を表現したことになる。本手法は、多面体を構成する多角形の組み合わせに関する規則を利用して、多面体を多面体コードワードという数列で表す。この考え方を拡張して、ボロノイ多面体タイリングを多面体コードワードの並び（多胞体コードワードという）で表す。
[1] Universal Medium-Range Order of Amorphous Metal Oxides, PRL 111, 15502 (2013).
[2] Dual-Random-Sphere-Packing Structure of Liquid and Amorphous Li2O, Trans. Mat. Res. Soc. Japan, 40, 141-144 (2015).
[3] How to describe disordered structures, Sci. Rep. 6, 23455.
[4] アモルファス材料などの不規則な原子配列を表現する数理的手法を創出
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2016/pr20160411/pr20160411.html

『集団運動と集団的意思決定のモデル』
生物の群れ運動を数理モデルによってシミュレートする試みは、1980年代にその萌芽が見られるが、自己駆動粒子モデル[1]と連続体方程式[2]の登場により、物理学者の関心を集めるようになった。その後、Vicsekモデルをはじめとする自己駆動粒子系の集団運動の数理について理解が進展するとともに、バクテリアや真核細胞といったミクロな生物系、さらに加振粉体やコロイドなど非生物を用いた実験系でその非平衡ダイナミクスが調べられている[3]。一方、動物の群れ運動については映像やGPSロギングを用いた観測により、リーダー／フォロワー関係など、より複雑な相互作用を推定することが可能となった[4,5]。この場合、個体の意思決定の群れ内部での伝播をネットワークとして表現し、分析することができる。本発表では、こうした集団運動・集団的意思決定についての研究をレビューするともに、発表者がハンガリー滞在中に行ったインターンシップの成果について報告する。
[1] T. Vicsek, A. Czirok, E. Ben-Jacob, I. Cohen, and O. Shochet, Phys. Rev. Lett. 75, 1226 (1995).
[2] J. Toner and Y. Tu, Phys. Rev. Lett. 75, 4326 (1995).
[3] S. Ramaswamy, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 1, 323 (2010).
[4] M. Nagy, Z. Akos, D. Biro, and T. Vicsek, Nature 464, 890 (2010).
[5] U. Lopez, J. Gautrais, I. D. Couzin, and G. Theraulaz, Interface Focus 2, 693 (2012).

『Polyexciton stability in multi-valley semiconductor and optical trap for valley exciton』
Professional development Consortium for Computational Materials Scientists (PCoMS) is the organization established to develop human resources of computational material science. I participated the internship program of PCoMS and stayed in prof. Varga's group in the Vanderbilt University for almost 1 month in this spring. In this stay. My activity was focused on settling the current research project and putting the next research issue into shape. Current project is the identification of polyexciton stability in multi-band semiconductor and verified up to triexciton bound states by numerical calculation. Next research issue is assessing the feasibility of optical trap for 2D exciton by utilizing optical Stark effect. I will report the details and contributions of the internship to my research.


【2015年度】

2015/11/27（金）理論セミナー（終了しました）

題目：Representation of first-principles band structures in a conceptual Brillouin zone

講師：Chi-Cheng Lee / 東京大学物性研究所

場所: 物性研究所本館６階 A615号室

時間: 16:00-17:00

2015/8/7（金）第3回計算物質科学セミナー（終了しました）

題目：First-principles study of large spin-orbit coupling transition-metal compounds: electronic structure and new possibilities

講師：Myung Joon Han / Assist. Prof. Department of Physics, KAIST

場所: CMSI神戸拠点（理化学研究所・計算科学研究機構・5階501号室）

時間: 14:00-15:00

2015/7/24（金）理論セミナー（終了しました）

題目：Interatomic potential of iron based on machine learning

講師：尾崎 泰助 / 東京大学物性研究所

場所：物性研究所本館６階 A615号室

時間：16:00-17:00

2015/5/14（金）第2回計算物質科学セミナー（終了しました）

題目：Large-scale ab initio simulations based on systematically improvable atomic basis

講師：Prof. Lixin He / University of Science and Technology of China

場所: CMSI神戸拠点（理化学研究所・計算科学研究機構・5階501号室）

時間: 11:00-12:20




『Representation of first-principles band structures in a conceptual Brillouin zone』
It is quite common to perform a supercell calculation for systems containing impurities, vacancies, lattice distortion, or long-range orders, where the translational symmetry is broken. The imperfections not only change the band structures of the original systems but also introduce a large amount of horizontal-like bands due to the band folding from the larger zones into the smaller supercell zones. How heavily the bands are folded to mess up the original band structures depends on how large the supercells are. Of course, the "mess up" also depends on how strong the degree of translational symmetry breaking is. However, the appearance of heavily folded bands is not the case in experimental observations. The measured spectral weight cannot reveal those heavily folded bands even by ideally switching on the small perturbations in their samples. Along this line, most supercell states should carry negligible spectral weight. For having a reasonable comparison with experiments and better visualization to understand symmetry breaking theoretically, I will talk about how to unfold the supercell bands into a larger Brillouin zone.[1, 2] The reference Brillouin zone could be chosen to be larger than the Brillouin zone of the primitive unit cell containing no imperfection. Several examples will be given in the talk. For example, by considering there exists only one lattice in systems like silicene instead of commonly treated two sub-lattices, the two atoms in the primitive unit cell can interfere with each other and cancel the spectral weight in some region in the reciprocal space. The choice of one-Si-atom Brillouin zone can demonstrate good agreement of spectral weight with the ARPES measurement in the case of silicene on ZrB2 thin film.[3]
[1] Wei Ku et al., Phys. Rev. Lett. 104, 216401 (2010).
[2] Chi-Cheng Lee et al., J. Phys.: Condens. Matter 25, 345501 (2013).
[3] Chi-Cheng Lee et al., Phys. Rev. B 90, 075422 (2014).

『First-principles study of large spin-orbit coupling transition-metal compounds: electronic structure and new possibilities』
Recently Sr2IrO4 has attracted considerable attention due to the intriguing interplay between spin and orbital degrees of freedom, and its manifestation in the material characteristics. Along this line I will present our recent progress on the iridium oxide and other related compounds based on 4d-/-5d- transition metals. The first example is Rh-doped iridate, Sr2Ir1-xRhxO4, for which the doping dependent metal-insulator transition (MIT) has been reported experimentally and the controversial discussion developed regarding the origin of this transition [1]. We tried to suggest a new picture for understanding the MIT. The second is the artificially-structured iridate superlattice, SrIrO3/SrTiO3. The electronic structure change caused by the interface and the strain was examined in detail and compared with the optical spectra [2]. Finally, I will introduce a fairly different family of compounds, GaT4X8 (T=Nb, Mo, Ta, and X=Se,Te). Interesting similarities with Sr2IrO4 suggests a new possibility for the novel ground states in this series of compounds [3].
[1] Chakara, et al., (submitted)
[2] K. -H. Kim, H. -S. Kim, and M. J. Han, J. Phys.: Condens. Matter 26, 185501 (2014)
[3] H. -S. Kim, J. Im, M. J. Han, H. Jin, Nature Comm. 5, 3988 (2014)

『Interatomic potential of iron based on machine learning』
Prediction of crystal structures for alloys and compounds with arbitrary composition of elements has not been widely performed yet, while current first-principles electronic structure calculations based on density functional theories (DFT) might have enough accuracy in predicting crystal structures in most cases. One of reasons for that is due to a large computational cost to explore vast configuration space in structural prediction by using molecular dynamics and Monte Carlo simulations based on DFT. In this talk, we report an ongoing research to develop an accurate interatomic potential of iron using a neural network (NN) method being a machine learning technique as a first step towards structural prediction of magnetic intermetallic compounds. Behler et al. proposed a way of developing accurate interatomic potentials using NN by letting NN learn a series of DFT calculations [1]. In addition to two- and three-body structural symmetry functions as structural fingerprint proposed by Behler, we further introduce four kinds of spin symmetry functions to develop interatomic potentials using NN which can treat crystal and spin structures on the same footing. The total energies of reference systems with an arbitrary spin structure, BCC, FCC, HCP, simple cubic, diamond, and their distored structures with ferro-, antiferro-, and non-magnetic, random spin structures, were carefully calculated by using a constraint scheme, which has been newly developed, based on non-collinear DFT [2], and all the calculated data were assembled to form a database as reference. By providing the database as a trainnig set, we trained NN with a feed-forward network structure of four layers using a back propagation, stochastic mini-batch decent, and residual minimization method. It is found that the mean difference between the reference DFT data and NN is 9.6 meV/atom, which suggests that a highly accurate interatomic potential can be developed for magnetic systems. We also discuss how the potential can be utilized to simulate crystal and spin dynamics on the same footing.
[1] J. Behler and M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 98, 146401.
[2] http://www.openmx-square.org/

『Large-scale ab initio simulations based on systematically improvable atomic basis』
Atomic orbitals have many advantages as basis sets for ab initio electronic structure calculations. They have been popular in recently developed fist-principles simulation packages. However, the atomic basis sets must be constructed very carefully to ensure both good accuracy and transferability. Furthermore, the quality of the basis sets should be systematically improvable in an unbiased way. We have proposed a unique scheme to construct systematically improvable optimized atomic basis sets. This scheme has been implemented in our home made first-principles packages ABACUS. Our benchmark tests show that our atomic bases work very well for wide range of physical systems, including bulks, molecules, surfaces, defects, etc.


【2014年度】

2015/1/28（金）第2回計算物質科学セミナー（終了しました）

題目：全電子フルポテンシャル線形化補強平面波法による遷移金属薄膜磁性の理論的予測

講師：中村浩次 氏 / 三重大学大学院工学研究科 准教授

場所: CMSI神戸拠点（理化学研究所・計算科学研究機構・5階501号室）

時間: 13:30-14:30

2014/10/31（金）理論セミナー（終了しました）

題目：Theory Seminar:Theoretical and Experimental Exploration of Two-Dimensional Silicon Structures

講師：尾崎 泰助 / 東京大学物性研究所

場所：物性研究所本館６階 A615号室

時間：16:00-17:00




全電子フルポテンシャル線形化補強平面波法による遷移金属薄膜磁性の理論的予測
遷移金属薄膜における磁気異方性や磁壁・スキルミオンなどスピンテクスチャの 理論的予測とその物質探索は応用上極めて重要な位置づけにある。この背景のもと、 ノンコリニア磁性及びスピン軌道相互作用を考慮した全電子フルポテンシャル 線形化補強平面波（ＦＬＡＰＷ）法を開発し、遷移金属薄膜やその表面界面など 現実系へ適用を試みてきた。講演では、遷移金属薄膜・表面界面における磁壁や 磁性スパイラル、磁気渦などのスピンテクスチャの構造安定性、これらを特徴づける 磁気的相互作用力（交換相互作用力、結晶磁気異方性係数、ジャロシンスキー・ 守谷相互作用力）、磁性の電界制御に関するこれまでの計算結果[1]について紹介する。
[1] Nakamura, et. al., PRB 68, 180404R (2003); PRL 93, 057202 (2004); PRL 102, 187201 (2009), Hotta et.al, PRL 110, 267206 (2013), Phark et.al., Nat. Commu. 5, 5183 (2014).

『Theory Seminar:Theoretical and Experimental Exploration of Two-Dimensional Silicon Structures 』
Although it is believed that two-dimensional honeycomb structures consisting of silicon atoms do not exist experimentally due to relative instability of its hybridized sp2 orbitals, a recent experiment clearly demonstrates that silicene, honeycomb structure of silicon atoms, can be fabricated on ZrB2 (0001) thin films [1]. Here, we report on detailed studies for geometrical and electronic structures of silicene on ZrB2 and a related two-dimensional structure by means of electronic structure calculations based on density functional theories (DFT), guided by a close collaboration with experiments performed by the Yamada-Takamura group of JAIST [1-6]. Theoretical chemical shift of Si-2p states [1] and band structure calculations [4] strongly support the formation of silicene having a planar-like structure. The stability of the planar-like structure over the regularly buckled structure can be understood by interaction between states of the silicene and surface states consisting of the d-orbital of the top Zr atoms [2]. We also propose a possible mechanism for the formation of the domain structure of silicene on ZrB2 [1,5]. It is inferred that the domain structure is induced by an instability of a phonon having a nearly zero frequency, and is formed in such a way that the k-points having the zero frequency can be removed from the first Brillouin zone. The mechanism is verified by performing large-scale total energy calculations. We further explore a possible structure of multi-layer silicene, and find that the MoS2 structure consisting of silicon atoms is stabilized with atoms in the inner layer having a sixfold coordination, which results in cigar-shaped nematic orbitals originating from the Si-sp2 orbitals [6]. [1] A. Fleurence, R. Friedlein, T. Ozaki, H. Kawai, Y. Wang, and Y. Yamada-Takamura, Phys. Rev. Lett. 108, 245501 (2012).
[2] C.-C. Lee, A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki, Phys. Rev. B 88, 165404 (2013).
[3] A. Fleurence, Y. Yoshida, C.-C. Lee, T. Ozaki, Y. Yamada-Takamura, and Y. Hasegawa, Appl. Phys. Lett. 104, 021605 (2014).
[4] C.-C. Lee, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura, T. Ozaki, and R. Friedlein, Phys. Rev. B 90, 075422 (2014).
[5] C.-C. Lee, A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki, submitted to Phys. Rev. Lett.; arXiv:1408.2588.
[6] F. Gimbert, C.-C. Lee, R. Friedlein, A. Fleurence, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki, Phys. Rev. B, in press; arXiv:1401.0142.

最新のニュース

• 希少金属原子からなる三元系ナノクラスターはNOx還元触媒として期待され、実験的に盛んに研究が進められています。しかしナノクラスターの構造を支配する物理的因子の詳細は明らかとなっていません。今回、我々は第一原理計算とモンテカルロ法を用いて三元系PdRuM (M=Pt, Rh, Ir)ナノクラスター(55原子程度)の構造特性を詳細に解析しました。
  裸のクラスターの場合には、低い表面エネルギーを持ったPd原子は表面近傍に存在し、特にナノクラスターの頂点に配置される傾向があること、またRu原子はクラスターの核領域に凝集する傾向があることが分かりました。さらに表面近傍の原子間距離が固体の場合と比較して、大きく収縮する傾向があり、収縮の度合いはd軌道の占有数と関係があることが明らかとなりました。 一方、表面を酸化させた場合にはRu原子が核領域から表面近傍に移動し、酸素と化学結合を持つことでクラスターが大きく安定化することが分かりました。これらの計算はナノクラスターの酸化状態に応じて安定構造が変化する可能性があることを示唆しています。
  研究成果はRSC Advancesに出版されました。東京大学物性研究所・山室研究室との共同研究の成果です。[2020/4/27]
  詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


• ニューラルネットワークを用いた機械学習の手法により体心立法格子(BCC)鉄の高精度原子間ポテンシャルを構築しました。 BCC鉄の機械的特性を原子レベルで定量的に理解するためには転位の動力学を精密に再現できる原子間ポテンシャルが必要となりますが、従来広く用いられてきた埋め込み(EAM)ポテンシャルでは定性的にも十分な精度を持っていません。今回、構築したニューラルネットワークポテンシャルは第一原理計算による転位芯のパイエルス障壁を再現するだけでなく、螺旋転位芯のエネルギープロファイルも精度良く計算することが可能です。今後、機械特性の大規模分子動力学シミュレーションへの活用が期待されます。
  研究成果はPhys. Rev. Materialsに出版されました。産業技術短期大学・森研究室との共同研究の成果です。[2020/4/24]
  詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


• 超伝導密度汎関数理論(density functional theory for superconductors, SCDFT)は超伝導転移温度(T_c)を第一原理から求める手法であり、電子-フォノン相互作用・電子間クーロン相互作用・スピン揺らぎ効果を非経験的に取り入れた計算を行う事ができます。 我々は、スピン揺らぎ効果とスピン-軌道相互作用を同時に取り扱う手法を定式化し、35種類の単体金属(非超伝導体を含む)に対してSCDFTの系統的精度検証を初めて行いました。この検証により、次のことが分かりました。
  (a) スピン揺らぎ相互作用は単体金属の様な等方的な系では一様にT_cを下げ、精度を改善する。この効果は典型金属よりも遷移金属で強く、特に5d→4d→3dとなるにつれて強くなっている。
  (b) スピン軌道相互作用の効果は多くの系では弱いが、Sn、Re、Tl、Pbでは強くなり精度を改善する。この効果でのT_cの変化は一様ではなく、上がる場合と下がる場合がある。
  (c) 貴金属、アルカリ(土類)金属およびScの非超伝導性を再現することが出来る。
  この成果により、ハイスループット計算による超伝導物質探索や豊富な検証結果を用いた手法改良への道筋が拓かれました。
  研究成果はPhys. Rev. Bに出版されました。東京大学理学系研究科・常行研究室との共同研究の成果です。[2020/4/20]
  詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


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淡江大学物理学系講演会（2019年12月24日、淡江大学・台湾）において、尾崎教授が招待講演を行います。
- 尾崎泰助「Development of Low-order Scaling DFT Methods」



東京大学物性研究所・尾崎研究室が中心となって開発を進める汎用第一原理電子状態計算ソフトウエア OpenMXのVersion 3.9をリリース致しました。[2019/12/3]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


共同研究のため１名の方が尾崎研に滞在。
- 山崎馨さん（東北大学金属材料研究所・特任助教、期間：2019年11月25〜12月6日）



Liechtenstein公式に基づき局在磁気モーメント間の有効交換結合パラメーターを効率的に計算する新手法を提案致しました。周期系の有効交換結合パラメーターを求めるには通常、k空間の二重積分が必要となりますが、フェルミ分布関数の連分数展開法を用いて、二重積分を回避する効率的な計算手法を見出しました。
研究成果はJ. Phys. Soc. Jpn.に出版されました。東京工業大学合田研との共同研究の成果です。[2019/10/21]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


ZrB2基板上にエピタキシャル成長させたシリセンに対して窒化処理を行うことで、単層h-BNが新たに生成することを実験と理論の共同研究によって明らかとしました。第一原理計算によって、実験で観測された単層h-BNの長周期のモアレパターンが矛盾なく再現されることが分かりました。研究成果はJ. Appl. Phys. に出版されました。JAIST・高村(由)研との共同研究の成果です。[2019/10/4]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


密度汎関数理論におけるオーダーN法の理論と実装に関して解説しました。本解説はThe Art of High Performance Computing for Computational Science, Vol. 2. Springer, Singapore, Geshi M. (eds)の第４章として出版されました。[2019/10/2]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


MRS-Jの国際シンポジウムMRM2019 (2019年12月10〜14日 横浜シンポジアにて開催）において、”A. Fundamentals for Materials”クラスター中のシンポジウム "Recent Advances in Computational Materials Science: Bridging Computations and Experiments" のオーガナイザーを務めます。尾崎研のメンバーも発表を行います。
- 河村光晶 「Benchmark of Density Functional Theory for Superconductors in Elemental」
- 福田将大 「Structure map for AB2 type 2D monolayers by high-throughput DFT calculations」
詳しくは こちらのWEBサイトをご覧ください。


研究実習および共同研究のため次の１名が尾崎研に滞在。
- Li Hengyu さん（東京大学理学系研究科、期間：2019/10/1 - 2020/3/31）



The 22th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (ASIAN-22)（2019年10月28日〜30日、大阪大学）において、尾崎研のメンバーが発表を行います。
- 福田将大 "Electronic stress tensor density based on the quantum field theory in surface material systems"（ポスター発表）
- HUNG, Shih-Hsuan "Structural investigation on ternary PdRuM (M=Pt, Rh or Ir) nanoparticles using first-principles calculations"（ポスター発表）
詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。


日本物理学会 2019年秋季大会（2019年9月10日〜13日、岐阜大学（柳戸キャンパス）において、尾崎研のメンバーが発表を行います。
- 河村光晶 「Ag/Au(111)の量子井戸状態におけるRashba効果の第一原理的研究」
- 福田将大 「物質表面における場の量子論に基づく局所物性評価方法」
詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。


ノンコリニア密度汎関数理論におけるplus U法の新しい定式化を提案致しました。本手法を用いてUO2化合物の基底状態の解析を行い、本手法が実験的に知られている3k磁気秩序相を正しく予測すること、またその安定化がスピン軌道相互作用と多極子交換相互作用によって実現されていることを明らかとしました。 本研究成果はPhysical Review Materialsに出版されました。
UK Atomic Energy Authority、Imperial College London、University of Vienna、Los Alamos National Laboratory、Universita di Bolognaとの共同研究の成果です。[2019/8/26]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


Lieb格子、カゴメ格子、チェッカーボード格子に現れるフラットバンドを他の格子系に埋め込むことが可能であることを理論的に見出しました。本研究により、広いクラスの格子系がフラットバンドを有することが明らかとなりました。研究成果はPhys. Rev. Bに出版されました。JAIST・高村(由)研との共同研究の成果です。[2019/7/31]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


共同研究のため１名の方が尾崎研に滞在。
- 山崎馨さん（東北大学金属材料研究所・特任助教、期間：2019年8月19〜30日）



劈開によって作成されたMn₃Sn(0001)表面の構造と電子状態を実験と理論の両面から解析した研究成果がScientific Reportsに出版されました。本研究は東大物性研・長谷川研及び東大物性研・中辻研との共同研究の成果です。[2019/7/4]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


共同研究のため次の２名が尾崎研に滞在。
- Hsueh, Hung-Chung教授（淡江大学教授、期間：2019年7月8〜12日）
- Shin-Ming Huang博士（国立中山大学助教、期間：2019年7月9〜12日）



The 7th International Symposium on Electronic and Atomic Structures - Frontiers in Material Science（2019年6月27日(木)〜28日(金)、淡江大学・台湾） にて次の発表を行います。
- Chi-Cheng Lee 「First-principles calculations of core-level spectroscopies in the absolute scale」
シンポジウムの詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


The 17th Workshop on First-Principles Computational Materials Physics（2019年6月25日(火)〜26日(水)、国立清華大学・台湾）にて次の発表を行います。
- Chi-Cheng Lee 「Flat Bands Revealed in Two-Dimensional Materials with Long-Range Hopping」
シンポジウムの詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


HUNG, Shih-Hsuanさんが、6月1日より尾崎研に特任研究員として着任しました。



クラスター構造を単位として岩塩型構造を持つ硫化物 V_4-x Mn _x GeS₈ (x = 0, 0.02, 0.05) の熱電特性を実験と理論の両面から解析した研究成果が Japanese Journal of Applied Physicsに出版されました。本研究はJAIST・小矢野研との共同研究の成果です。[2019/5/24]
詳細は こちらのWEBサイトをご覧ください。


研究実習および共同研究のため次の１名が尾崎研に滞在。
- HUNG, Shih-Hsuanさん（University of York、期間：4/8-26, 2019）



WEB上で分子・結晶構造を解析したり、OpenMXの入力・出力ファイルを確認するためのGUIを開発致しました。本研究成果に関する論文がJournal of Molecular Graphics and Modellingに出版されました（2019年3月）。 詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


研究実習および共同研究のため次の１名が尾崎研に滞在。
- 新田寛和さん（北陸先端大 先端科学技術研究科・M2、期間：3/17-21, 2019）



物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の新展開」を開催します。
（日にち：2019年4月2日（火）〜3日（水）、場所：物性研究所本館6階 大講義室(A632)）
詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


日本物理学会 第74回年次大会（日にち：2019年3月14日（木）〜17日（日）、場所：九州大学・伊都キャンパス）にて、次の発表を行います。
- 福田将大「網羅的DFT計算によるAB2型2次元物質の構造探索」
- Yung-Ting Lee "Exploring key components of optical properties by analyzing partial conductivity and permittivity in a band structure"
詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


19th International Workshop on Computational Physics and Material Science: Total Energy and Force Methods (2019年1月11日(金)-19日(土), イタリア・Trieste) にて次の発表を行います。
- 福田将大 " High-throughput DFT calculations to explore structures of AB2 type monolayers " （ポスター発表）
- Chi-Cheng Lee "First-principles study of dielectric permittivity in (C4H9NH3)2PbI4 using atomic basis functions″（ポスター発表）
- Yung-Ting Lee "Exploring key components of optical properties by analyzing partial conductivity and permittivity in a band structure"（ポスター発表）
シンポジウムの詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


局在自然軌道に基づく効率的O(N)分割統治法の開発に関する研究成果がPhys. Rev. Bに出版されました。武漢科学技術大学との共同研究の成果です。 詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


実験とシミュレーションの共同研究により、Ag(111)基板上に生成されたシリセンのバックリング構造を明らかとした研究成果がPhys. Rev. Bに出版されました。東京大学新領域創成科学研究科・杉本グループとの共同研究の成果です。 詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


実験とシミュレーションの共同研究により、グラフェン上に単分散されたPt原子の局所構造とその電子状態を明らかとした研究成果がThe Journal of Physical Chemistry Cに出版されました。北海道大学の郷原グループ、東京大学物性研究所の吉信グループとの共同研究の成果です。 詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


ポスト「京」重点課題（７）第4回シンポジウム (2018年12月17日(月)〜18日(火)、東京大学柏キャンパス物性研究所) にて次の発表を行います。
- 福田将大 「網羅的DFT計算によるAB2型単一層構造の探索」（ポスター発表）
シンポジウムの詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


Kakehashi:TIA ポスター交流会 (2018年12月3日（月）、東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト) にて次の発表を行います。
- 福田将大 "Structure search for AB2 type monolayers by high-throughput DFT calculations" （ポスター発表）
- Chi-Cheng Lee "First-principles studies of binding energies of core electrons in silicene, borophene, and Pt on graphene″（ポスター発表）
- Yung-Ting Lee "Exploring key components of optical properties by analyzing partial conductivity and permittivity in a band structure "（ポスター発表）
交流会の詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


The 21st Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations（2018年10月29日〜31日、KAIST, Daejeon, Korea）において発表を行いました。
- 尾崎泰助 "Efficient O(N) divide-conquer method with localized natural orbitals" （ポスター発表）
- Chi-Cheng Lee "Revisiting Anomalous Hall Conductivity in BCC Iron via First-Principles Tight-Binding Calculations using Pseudo Atomic Orbitals″（ポスター発表）
- 福田将大 "Structure exploration for AB2 type monolayers by high-throughput DFT calculations"（ポスター発表）
ワークショップの詳細はこちらのWEBサイトをご覧ください。


触媒・電池元素戦略研究拠点 第13回公開シンポジウム（2018年10月24日 船井哲良記念講堂国際連携ホール ）において特別招待講演を行いました。
- 尾崎泰助 「オーダーN第一原理電子状態計算手法の開発とその応用」
詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。


研究実習および共同研究のため、次の３名が尾崎研に滞在。
- 新田寛和さん（北陸先端大 先端科学技術研究科・M2、期間：9/18-28, 2018）
- 山崎馨さん（東北大学金属材料研究所・特任助教、期間：11/6-16, 2018）
- 寺澤麻子さん（東京工業大学物質理工学院・研究員、期間：11/7-9, 2018）



日本物理学会 2018年秋季大会（2018年9月9日〜12日、同志社大学（京田辺キャンパス）において、尾崎研の３名が発表を行いました。
- 福田将大 「第一原理計算による原子間力顕微鏡の探針とシリセン表面の原子間の化学結合力評価"」
("Evaluation of chemical bonding force between atoms on AFM tip and silicene on the basis of first-principles calculation")（口頭発表）
- Chi-Cheng Lee "First-principles tight-binding calculations of optical conductivity using non-orthogonal atomic basis functions"（口頭発表）
- Yung-Ting Lee "OpenMX Viewer: a web-based crystalline and molecular graphical user interface program"（ポスター発表）
詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。
研究実習生が２名尾崎研に滞在されました。


- Tan Zhangさん（Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, PhD candidate, 期間 7/16-27, 2018）
- Jingning Zhangさん（University of Science and Technology of China, 学部3年生, 期間 7/1-8/31, 2018）



磁気的な力の定理を用いてスピン間相互作用を見積もる計算手法の精度検証を行った研究成果がPhys. Rev. Bに出版されました。KAISTのMyung Joon Han研との共同研究の成果です。[2018/3/19]
「Reliability and applicability of magnetic-force linear response theory: Numerical parameters, predictability, and orbital resolution」


Liイオン電池における脱溶媒和の素過程に関する第一原理分子動力学計算の研究成果がPhys. Chem. Chem. Phys. に出版されました。日産アーク、産総研との共同研究の成果です。[2018/3/5]
「Li deposition and desolvation with electron transfer at a silicon/propylene-carbonate interface: Transition-state and free-energy profiles by large scale first-principles dynamic」


Chi-Cheng Lee博士のβ12-ボロフェンの電子状態計算に関する論文がPhys. Rev. B に出版されました。東大物性研・松田巌研、高エネルギー研究所・組頭研、筑波大学・近藤研、ソルボンヌ大学・D'angelo研との共同研究の成果です。[2018/2/20]
「Peculiar bonding associated with atomic doping and hidden honeycombs in borophene」


ハイスループット第一原理電子状態計算により硫化物の熱電材料探索を行った研究成果が Journal of Electronic Materials に出版されました。本研究はJAIST・小矢野研と豊田工業大学・竹内研との共同研究の成果であり、また尾崎研でサブテーマを実施したJAIST・宮田全展氏による博士課程研究の成果の一部です。[2017/12/21]
「High-Throughput Screening of Sulfide Thermoelectric Materials Using Electron Transport Calculations with OpenMX and BoltzTraP」


日本物理学会第73回年次大会（2018年3月22日〜25日、東京理科大学野田キャンパス）において、尾崎研の２名が発表を行いました。
- 福田将大："Linear-scaling NEGF法のための自己エネルギー補正項とそのエネルギー極依存性" (Self-energy correction term for linear-scaling NEGF method and its energy pole dependency)
- Chi-Cheng Lee：Bonding nature of borophene revealed by the binding energy of core electrons



研究実習生として、次の３名が尾崎研に滞在されました。
- 新田寛和さん（北陸先端大 先端科学技術研究科・M1, 期間 2/12-2/17）
- 山口直也さん（金沢大 自然科学研究科数物科学専攻・D1, 期間 2/12-2/23）
- Monika Nur さん（金沢大 自然科学研究科数物科学専攻・D1, 期間 2/13-2/23）
新田さんはシリセンの第一原理計算に、また山口さんとNurさんはラシュバ効果の解析プログラムの作成に取り組みました。




2017年12月１日（金）、物性研究所理論セミナーにて大野かおる教授（横国大）による講演がありました。題目は"Recent Progress in a Calculation Method of Quasiparticle Spectra"。詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。



2017年11月より、尾崎研に技術補佐員・三浦淳子が加わりました。


固体における内殻電子の絶対束縛エネルギーを高精度に計算する新手法を開発。尾崎泰助特任教授と Chi-Cheng Lee 特任研究員は、固体における内殻電子の絶対束縛エネルギーを密度汎関数理論に基づき高精度に計算する新手法を開発しました。詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。
【掲載サイト】日本経済新聞電子版、日刊工業新聞電子版、OPTRONICS ONLINE 他


The Winter School on DFT: Theories and Practical Aspects in Beijing が2016年12月19日から23日まで開催されました。詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。
http://www.openmx-square.org/workshop/winter_school16/index.html


第18回Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculationsが2015年11月9日から11日まで開催されました。詳しくはこちらのWEBサイトをご覧ください。 http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/public/asian18/index.html


第3回OpenMX/QMAS ワークショップが5月11日から13日まで開催されました。詳しくは以下のWEBサイトをご覧ください。 http://www.openmx-square.org/workshop/workshop15/index.html


2014年6月22-26日にドイツ・ライプツィヒで開催されたISC'14にて、 OpenFFT の開発によりTruong Vinh Truong Duy博士がベストポスター賞を受賞しました。 ISC'14のwebサイト



大規模電子状態計算のための軌道解析手法の開発に関する研究論文がJournal of Chemical Physics Vol. 140に掲載されました (published online 6月24日）。 本研究は大脇博士 (日産自動車, 現:日産アーク)と大谷博士 (産総研)との共同研究として実施されました。 J. Chem. Phys. 140, 244105 (10 pages) (2014)


Y₂Fe₁₄Bの磁気特性に関する研究論文がApplied Physics Letters Vol. 104に掲載されました (published online 6月16日）。 本研究は合田研 (東工大)と常行研 (東大)との共同研究として実施されました。 Appl. Phys. Lett. 104, 242403 (4 pages) (2014)


尾崎特任教授が大阪大学にてCMSI計算科学技術特論Bとして、第8回講義「オーダーN法1」(2014年6月5日)及び第9回講義「オーダーN法2」(2014年6月12日)を行いました。 講義に使用したファイルは CMSIのwebサイト からダウンロードできます。


2014年5月を持ちましてJAISTを退職し、6月より東京大学物性研究所特任教授、計算物質科学イニシアティブ（CMSI) 神戸拠点長に着任しました。 JAIST在職中、賜りましたご厚情に心より感謝致します。引き続き宜しくお願い致します（尾崎泰助）。

過去のニュース ( 2014年5月まで JAIST在籍時)

• 広島大・末國助教とJAIST・小矢野研と尾崎研の共同研究論文が掲載されました（Journal of Applied Physics 115, published online 4月9日）。J. Appl. Phys. 115, 143702 (5 pages) (2014)
• JAIST・高村由起子研と東大物性研・長谷川研と尾崎研の共同研究の論文が掲載されました（Applied Physics Letters 104, published online 1月16日）。Appl. Phys. Lett. 104, 021605 (4 pages) (2014)


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富士通研究所との共同研究の論文が掲載されました（Appl. Phys. Express 2014年 2月号, published online 1月14日）。Appl. Phys. Express 7, 025101 (4 pages) (2014)
また、本成果は日刊工業新聞で報道発表されました 。「富士通研、３０００原子のナノ素子使用した電気特性模擬実験に成功」（掲載日 2014年01月14日）日刊工業新聞オンライン版をこちらでご覧いただけます。
本学「平成25年度M1研究計画発表会」にてM1学生が以下の発表を行いました (2013年12月9日)。今後の研究の進展に期待します。
• 第一原理計算によるFe-N系及びSm-Fe-N系磁性体の研究(百井)
• ニューラルネットワーク法を用いた分子動力学計算による新規結晶構造の予測(山之内)
• 結晶場解析による磁気異方性の解明(山内)
Truong Vinh Truong Duy 博士研究員の論文 "A three-dimensional domain decomposition method for large-scale DFT electronic structure calculations" がCPC誌に掲載されました (Availrable Online 23 November 2013, 2014年3月号)。 Comput. Phys. Commun. 185, 777-789 (2014)
The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis（SC13 のウェブサイトへ ）にて Truong Vinh Truong Duy 博士研究員がポスター発表を行いました。
• 日時: 2013年11月20日-21日
• 場所: Denver Convention Center, Denver, Colorado, USA
• 演題: Massive Parallelization of a Linear Scaling DFT Code OpenMX. (Truong Vinh Truong Duy and T-Ozaki)
Truong Vinh Truong Duy 博士研究員の論文 "A decomposition method with minimum communication amount for parallelization of multi-dimensional FFTs" がCPC誌に掲載されました (Availrable Online 13 September 2013, 2014年1月号)。 Comput. Phys. Commun. 185, 153-164 (2014)
タイから短期留学生2名の研究成果発表会が行われました（発表会、研究室歓迎会、研究室ツアーの写真）。（2013年10月21日-12月1日）
第7回&第8回シミュレーション科学セミナーが開催されました（2013年11月5日&11月18日)。
JAISTシミュレーション科学研究センターのウェブサイトへ
2013年マテリアルサイエンス研究科対抗ソフトボール大会が開催されました。尾崎研は、村田研との混成チームで参加し優勝しました (2013年10月13日)。（ 試合の様子はこちら）
Chi-Cheng Lee 博士研究員（高村由起子研究室との共同研究）の論文がPRB誌に掲載されました（2013年10月4日）。 Phys. Rev. B 88, 165404 (10 pp) (2013)
JAIST第15回J-BEANSセミナーにて、尾崎准教授が講演を行いました。（本学HP: J-BEANSセミナーへ）
• 日時: 2013年10月25日（金）12:40-13:20
• 場所: ラーニング・コモンズ「J-BEANS」（大学会館１階）
• 演題:「物質科学と情報科学の交差点：計算物質科学」
• 共催：公益財団法人北陸先端科学技術大学院大学支援財団
新たに並列化3D-FFTライブラリ:OpenFFT ver. 1.0をリリースしました（2013年9月6日）。
（http://www.openmx-square.org/openfft/ ）
高専生が尾崎研究室へ体験入学に来てくれました（2013年9月2-6日）。
以前在籍した Sheela Sathya Subramanian 博士課程学生（大使館留学生）の論文がJPCM誌に掲載されました（2013年8月29日）。J. Phys.: Condens. Matter 25 385901 (8pp) (2013)
第6回シミュレーション科学セミナーが開催されました（2013年8月26-27日）。
Chi-Cheng Lee 博士研究員（高村由起子研究室との共同研究）の論文がJPCM誌に掲載されました（2013年8月2日）。J. Phys.: Condens. Matter 25 345501 (9pp) (2013)
高専生が尾崎研究室へ 体験入学に来てくれました（2013年8月5-9日）。
密度汎関数理論の基礎と応用に関して、 2013年7月29日-8月2日の期間、JAISTにてサマースクール（http://www.openmx-square.org/workshop/SS13）を開催致しました。5日間にわたり議論と実習を行いました。（ご参加ありがとうございました。プログラムと写真はこちら）。
Truong Vinh Truong Duy 博士研究員が 27th International Conference on Supercomputing（ ICS2013のウェブサイトへ）にてポスター発表を行いました。
• 日時: 2013年6月10-14日
• 場所: Eugene, Oregon, USA
• 演題: A Massively Parallel Domain Decomposition Method for Large-Scale DFT Electronic Calculations. (Truong Vinh Truong Duy and T-Ozaki)
• 演題: A decomposition method with minimal amount of communication for parallelization of multi-dimensional FFTs. (Truong Vinh Truong Duy and T-Ozaki)
最新版OpenMX ver. 3.7をリリースしました（2013年5月23日）。（http://www.openmx-square.org）
マテリアルサイエンス研究科高村由起子研、フリードライン研と尾崎研の共同研究からデザインされた画が、日本物理学会誌第68巻第5号の表紙を飾りました（表紙の写真）。
同号には、高村（山田）由起子准教授、フロランス助教、フリードライン准教授、尾崎准教授共著の記事「シリセン：ケイ素で出来 たグラフェン？」が掲載されています。
オーダーN大規模第一原理電子状態計算により、鉄鋼材料中におけるNbC析出物の準整合界面の構造予測に成功（新日鐵住金との共同研究, 2013年4月号）。 Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 21 045012 (12pp) (2013)
尾崎准教授が第一原理計算コードOpenMX・QMAS・TOMBOセミナーにおいて、OpenMXに関する講演を行いました（ 主催:HPCI戦略プログラム・分野2「新物質・エネルギー創成」）。
• 日時: 2013年3月14日-15日
• 場所: 産業技術総合研究所 関西センター
• 演題: 第一原理電子状態計算コード: OpenMX -原理と実際-
量子干渉効果による新規分子デバイスの理論予測を富士フイルムと共同で J. Phys. Chem. C 誌上に発表（2013年1月）。 J. Phys. Chem. C 117, 100-109 (2013)
SIAM Conference on Computational Science and Engineering （CSE2013のウェブサイトへ）にて Truong Vinh Truong Duy 博士研究員が発表を行いました。
• 日時: 2013年2月25日-3月1日
• 場所: Boston, Massachusetts, USA
• 演題: A three-dimensional domain decomposition method for large-scale ab initio electronic structure calculations. (Truong Vinh Truong Duy and T-Ozaki)
第2回 International Symposium on Hierarchy and Holism in Natural Sciences（ISHH2012のウェブサイトへ）にて尾崎准教授が招待講演を行いました。
• 日時: 2013年2月19-21日
• 場所: National Center of Sciences, 東京
• 演題: Massively Parallelized Density Functional Calculations for Large-Scale Systems Including a Hundred Thousand Atoms. (Taisuke Ozaki)
2013年ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム（HPCS2013のウェブサイトへ）にて Truong Vinh Truong Duy 博士研究員がポスター発表を行いました。
• 日時: 2013年1月15-16日
• 場所: 東京工業大学 蔵前会館 くらまえホール
• 演題: Massive Parallelization of a Linear Scaling DFT Code OpenMX. (Truong Vinh Truong Duy and T-Ozaki)
第３回CMSI研究会 にて尾崎准教授が発表を行いました（第３回CMSI研究会のウェブサイトへ）。
• 日時: 2012年12月3-5日
• 場所: 自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター
• 演題: 第一原理電子状態計算コード OpenMX の超並列化及び高精度化
タイからの短期留学生の成果発表会が行われました（2012年11月14日 成果発表会の様子）。


Conference on Computational Physics （CCP2012のウェブサイトへ）にて Truong Vinh Truong Duy 博士研究員が発表を行いました。
• 日時: 2012年10月14-18日
• 場所: Nichii Gakkan, Hyogo-ken Kobe-shi Chuo-ku Minatojima Minamimachi 7-1-5 and Integrated Research Center of Kobe University, convention hall and K computer building
• 演題: A three-dimensional domain decomposition method for large-scale ab initio electronic structure calculations. (Truong Vinh Truong Duy and T-Ozaki)
IUMRS-ICEM 2012 にて尾崎准教授が大規模電子状態計算手法に関して招待講演を行いました（IUMRS-ICEM 2012のウェブサイトへ）。
• 日時: 2012年9月23-28日
• 場所: パシフィコ横浜
• 演題: Massively parallelized O(N) Krylov subspace method for large-scale DFT calculations.
尾崎准教授が日産自動車総合研究所にて講演を行いました。
• 日時: 2012年9月21日
• 場所: 日産自動車(株) 総合研究所、神奈川県横須賀市
• 演題: 分子シミュレーション科学 ~ その概要と材料開発における可能性 ~
スーパーコンピュータ「京」を高度利用する研究課題として、尾崎准教授が参加する三つのプロジェクト(電池、磁石、鉄鋼材料)が採択されました（HPCIのウェブサイトはこちら）。
尾崎准教授が中国・南京大学物理学科にて第一原理電子状態計算に関する特別集中講義を行いました（南京大学物理学科のHPへ）。
• 日時: 2012年8月20-23日
• 場所: 中国・南京大学物理学科
ISP交流セミナー「見えないものを みる　コンピュータ・シミュレーション ~ 北陸先端科学技術大学院大学「シミュレーション科学研究センター」の紹介 ~ が開催されました（JAISTのHPへ）。
• 日時: 2012年7月26日
• 場所: 石川ハイテク交流センター
• 演題: スーパーコンピュータで拓く物質科学の未来 (尾崎泰助)
ISSP-CMSI international workshop/symposium on MAterial Simulation in Petaflops era （MASP2012のウェブサイトへ ）にて尾崎准教授が大規模電子状態計算手法に関して招待講演を行いました。
• 日時: 2012年7月11日
• 場所: 東京大学・物性研
• 演題: Large-scale electronic structure calculations by OpenMX: Current status and future.
SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing 2012（ PP12のウェブサイトへ ）にて尾崎准教授が招待講演を行いました。
• 日時: 2012年2月15-17日
• 場所: Savanna,Georgia, USA
• 演題: Low-order Scaling Density Functional Methods Based on Quantum Nearsightedness. (Taisuke Ozaki)
ウェブサイト開設 (2012年7月).

過去のセミナー (2014年5月まで JAIST在籍時)
JAISTシミュレーション科学研究センター主催 シミュレーション科学セミナー

• 8th Simulation Science Seminar
  • 演題: Understanding the STM and AFM contrast in graphene, reducible oxides and biomolecules
  • 演者: Ruben Perez　(Professor, Autonomous University of Madrid, SPAIN)
  • 日時: 2013/11/18 15:00-16:30
  We’ll review the computational tools and protocols developed in our group in order to study the mechanical and transport properties of materials, and its application to the understanding of the atomic-resolution images obtained with the scanning tunneling (STM) and the force microscope (AFM) by different experimental groups on technologically relevant materials.
  Firstly, we’ll focus on tuning of the electronic properties of graphene through the creation of defect and edge states, looking, in particular, to the connection of graphene with metal surfaces. Combining high resolution STM experiments and DFT calculations, we have unambiguously unveiled the atomic structure of the boundary between a graphene zigzag edge and a Pt(111) step. The graphene edges minimize their strain by inducing a 3-fold edge-reconstruction on the metal side. We have shown the existence of an unoccupied electronic state exclusively localized in the C-edge atoms of a particular graphene sublattice, which could be used to develop new dual-channel devices.
  Metal oxides play a key role in a wide range of technological applications. While in many cases the same FM-AFM image can be explained by different models, and even different underlying tip-sample interactions, we show here that the combination of force spectroscopy (FS) measurements and first-principles simulations can provide an unambiguous identification of the tip structure and the image contrast mechanism in rutile TiO2 (110) and anatase TiO2 (101) surfaces. In the case of STM, we have made a comprehensive study of the (2√2x√2)R45゜ missing row reconstruction of the Cu(100) surface, using different tips and systematically varying bias voltage and tip sample distance, to explore the rich variety of image contrasts observed in the experiments. Our results achieve a conclusive understanding of fundamental STM imaging mechanisms and provide guidelines for experimentalists to achieve chemically selective imaging by selecting imaging parameters.
  Finally, we’ll present our recent work on the structure and functionality of biological systems in their native liquid environment. We’ll discuss the application of large-scale steered Molecular Dynamics simulations, based on classical potentials developed by the molecular biology community and the use of GPUs as processing units, provide insight into the protein-graphene biocompatibility, the flexibility map of human antibodies, and the hydration properties of self-assembled monolayers of single-stranded DNA and its possible use as a label-free DNA sensor.
  
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7th Simulation Science Seminar
• 演題: 計算機シミュレーションとデータマイニングを利用した材料設計支援システム
• 演者: 林 亮子(Ryoko HAYASHI)　金沢工業大学工学部情報工学科 講師
• 日時: 2013 11/5(火)　15:30-17:00
• 要旨: 近年ではデスクトップPCが高性能化しており，さらにはクラウドサービスを利用して， 小規模〜中規模の計算資源が大量かつ安価に利用できる． さらに，様々な高機能の計算化学や計算物理のシミュレーションプログラムが開発されており， 高度な材料設計シミュレーションを簡易な手続きで行うことができる． しかしシミュレーション結果は大量の数値データであり，結果を理解するためにはデータの自動処理が必要である． 幸い今日ではいわゆるデータマイニング技術が成熟してきており， データマイニングの主要な手法が容易に誰でも利用できる環境が整っている． そこで本研究では，大量のシミュレーション結果の自動データ処理技術に基づく材料設計を目標とする． 当日は関連情報を紹介するとともに，最近の研究状況を報告する．
6th Simulation Science Seminars
• 磁石と構造材料の第一原理シミュレーション
  要旨: 磁石と構造材料は我々の日常生活でひろく活用されている材料ですが、近年のエネルギー問題の高まりから、 より高性能な材料の開発が求められています。文科省が推進する「元素戦略プロジェクト」においても 磁石と構造材料は中心的な課題です。二つの材料は一見、接点がないように思われますが、 どちらも鉄などの遷移金属が重要な役割を果たしています。「京」に代表される超並列計算機と量子力学に基づく 第一原理計算を活用し、これらの材料に対する設計指針を確立する試みが進められています。 本セミナーではその研究の一端をご紹介致します。
• 8月26日 13:30-14:30 鋼中NaCl型析出物界面の構造とエネルギーの第一原理計算 澤田英明 (新日鉄住金)
• 8月26日 14:40-15:20 超並列大規模電子状態計算手法の開発と応用 尾崎泰助 (北陸先端大)
• 8月26日 15:30-16:20 電子論に基づくFe-Si合金中のらせん転位と固溶Siの相互作用の評価に向けて 譯田真人 (大阪大学)
• 8月27日 9:10-10:00 永久磁石の新材料探索 三宅隆 (産総研)
• 8月27日 10:10-11:00 永久磁石材料の微細構造と電子状態 合田義弘 (東京大学)
• 8月27日 11:10-12:00 磁石材料についての2成分相対論的電子状態計算 石橋章司 (産総研)
5th Simulation Science Seminar
• 演題: Understanding the STM and AFM contrast in graphene, reducible oxides and biomolecules
• 演者: 伊藤 篤史 (Atsushi M. Ito), Assistant Professor, National Institute for Fusion Science
• 日時: 2013 4/16 13:30-15:00
• 要旨: Helium irradiation onto tungsten surfaces brings about the growth of fuzzy tungsten fibers in the diameter of several ten nano-meter. This material, which is called "tungsten nano-structure", was found by the research on a plasma facing tungsten material in the inside walls of nuclear fusion reactors. Because the incident energy of the helium ions is less than that to sputter the tungsten atoms from the surface, the growth of the fuzzy fibers can be regarded as self-organized growth. The formation process of the tungsten nano-structure is not classified into the deposition and processing/etching, which are two kinds of typical processes to create surface nano-structures. The formation mechanisms of tungsten nano-structure have been not well understood. We have grappled with the formation mechanisms of the tungsten-nano structure by using density functional theory with the OpenMX developed in JAIST, molecular dynamics and some simulation models. In this presentation, we introduce the interesting tungsten nano-structure with our simulation researches.
3rd Simulation Science Seminar
• 演題: Electronic structure and orbital polarization of LaNiO3/LaAlO3: GGA, +U, and DMFT calculations
• 演者: Myung Joon Han,　Assistant Professor, Dept. of Physics, KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology)
• 日時: 2013 1/8 14:00-15:30
• 要旨: Nickelate superlattices have created considerable interests especially due to the possible emergence of high-temperature superconductivity caused by heterostructuring and onsite correlation. To understand LaNiO3/LaAlO3-type of superlattices, we performed the electronic structure calculations. The systematic study with GGA (generalized gradient approximation) and tight-bonding analysis clearly shows that the non-transition-metal counter ions (e.g., Al, Ga, In) can be used to control the orbital polarization even if these ions have nominally zero valence. Taking correlation effects into account within GGA+U and DMFT (dynamical mean-field theory), we show that this heterostructure is unlikely to produce one-band model physics and therefore high-temperature superconductivity may not be realized. It is also found that the charge transfer between transition metal and oxygen is crucial, demonstrating the fundamental inadequacy of modeling the physics of late transition-metal oxides with Hubbard-like models.
2nd Simulation Science Seminar
• 演題: Ab initio molecular dynamics simulations in real space
• 演者: Eiji Tsuchida,　Researcher, Nanosystem Research Institute, AIST
• 日時: 2012 11/28 14:00-15:30
• 要旨: I will introduce a method for large scale electronic structure calculations based on the finite element method. In particular, the choice of coordinates, multigrid-based Poisson solver, and the method for ground state calculations will be discussed. I will also present our results on the Born-Oppenheimer molecular dynamics simula- tions of several molecular liquids including the phosphoric acid and liquid ethanol.
1st Simulation Science Seminars
• 演題: スーパーコンピュータ「京」とは
• 演者: 黒川原佳　開発研究員 理化学研究所 計算科学研究機構 運用技術部門
• 日時: 2012 9/28 10:00-11:00
• 要旨: スーパーコンピュータ「京」は世界で初めて10ペタFLOPS超のLINPACK性能を達成したスーパーコンピュータである。 「京」はスーパーコンピュータとして世界的に最高水準の総合性能を有し、使いやすい利用環境をユーザに提供できる スーパーコンピュータであり、その応用利用において、画期的な成果が期待されている。 本講演では、「京」開発の経緯を示し、「京」の概要および開発された要素技術、詳細なシステム構成および 「京」の設置されている施設を紹介する。


• 演題: 「京」による超並列第一原理電子状態計算の進展
• 演者: 尾崎泰助　准教授 北陸先端科学技術大学院大学シミュレーション科学研究センター
• 日時: 2012 9/28 11:00-11:30
• 要旨: より現実に近い物質系をより精密にシミュレーションすることで、計算機による物質デザインが可能になりつつある。 スーパーコンピュータ「京」は70万コア以上から構成される超並列計算機であり、 シミュレーションによる物質科学の進展を大きく後押しするものである。 しかし「京」に代表される超大規模並列計算機を有効に活用するには物質科学と情報科学の強固な連携が必要となる。 本講演では、「京」による超並列第一原理電子状態計算の最近の進展を紹介し、 物質科学シミュレーションの今後の展望を議論する。