2022-01-06 筑波大学,神戸大学,科学技術振興機構
先端のレーザー技術を用いた光科学の研究では、極めて強く短いパルス光を物質に照射することにより、多くの新奇な現象が発見されています。これらの現象を理解するためには、光を照射した物質の内部で起こる、電子やイオンのミクロな運動を解明することが必要です。本研究では、スーパーコンピューター「富岳」を用い、１万を超える原子を含むナノ物質の光応答の第一原理計算に、世界で初めて成功しました。
物質に光を照射すると、振動する光の電場により、物質中の電子とイオンが揺すられます。この電子やイオンの運動が光の伝搬に影響し、光の屈折や反射が起こります。このような光科学現象を解明するには、光の電磁場、電子、そしてイオンの運動を、物質科学の第一原理計算法に基づき同時に記述することができるオープンソースソフトウェアＳＡＬＭＯＮによる計算が有効です。本研究では、「富岳」の性能を生かした計算を行うため、理論物理学と計算機科学の研究者が密接に協力し、ＳＡＬＭＯＮに対する高度なチューニングを行い、「富岳」の全システムのおよそ１／６を用いた１０万以上のプロセスからなる並列計算により、約６ナノメートルの厚さを持つ酸化ケイ素ガラスの薄膜と高強度なパルス光の非線形光応答を調べることに成功しました。
本研究成果は、２０２２年１月２日に「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」にオンライン掲載されました。
本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴの研究課題「光・電子融合第一原理ソフトウェアの開発と応用」（ＪＰＭＪＣＲ１６Ｎ５）、文部科学省 ポスト「京」重点課題７「次世代の産業を支える新機能デバイス・高性能材料の創成」（ｈｐ１９０１９３）、および文部科学省 光・量子飛躍フラッグシッププログラム（Ｑ－ＬＥＡＰ）「次世代レーザーイノベーション拠点」（ＪＰＭＸＳ０１１８０６８６８１）の支援を受けて行われました。
＜論文タイトル＞
- “Large-scale ab initio simulation of light-matter interaction at the atomic scale in Fugaku”
- ＤＯＩ：10.1177/10943420211065723
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
矢花 一浩（ヤバナ カズヒロ）
筑波大学 計算科学研究センター 教授
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
＜報道担当＞
筑波大学 計算科学研究センター 広報・戦略室
神戸大学総務部 広報課
科学技術振興機構 広報課
