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公開番号2024054603
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-17
出願番号2022160925
出願日2022-10-05
発明の名称カットオフエネルギー決定プログラム、カットオフエネルギー決定方法、および情報処理装置
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類G16C 60/00 20190101AFI20240410BHJP(特定の用途分野に特に適合した情報通信技術)
要約【課題】DFT計算に適したカットオフエネルギーの決定に要する計算時間を短縮する。
【解決手段】情報処理装置10は、カットオフエネルギーに応じた数の波動関数を用いた自己無撞着場法による物質の電子密度を繰り返し計算する。その際、情報処理装置10は、N回目(Nは1以上の整数)の第1の電子密度計算に適用した第1のカットオフエネルギーより小さい値の第2のカットオフエネルギーを適用してN+1回目の第2の電子密度計算を実行する。さらに情報処理装置10は、N+1回目の第2の電子密度計算で得られた電子密度が所定の条件を満たすか否かを判定する。そして情報処理装置10は、条件が満たされない場合、第2のカットオフエネルギーの値を出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
カットオフエネルギーに応じた数の波動関数を用いた自己無撞着場法による物質の電子密度の繰り返し計算において、Ｎ回目（Ｎは１以上の整数）の第１の電子密度計算に適用した第１のカットオフエネルギーより小さい値の第２のカットオフエネルギーを適用してＮ＋１回目の第２の電子密度計算を実行し、
前記Ｎ＋１回目の前記第２の電子密度計算で得られた電子密度が所定の条件を満たすか否かを判定し、
前記条件が満たされない場合、前記第２のカットオフエネルギーの値を出力する、
処理をコンピュータに実行させるカットオフエネルギー決定プログラム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記条件が満たされない場合、前記第２のカットオフエネルギーを適用してＮ＋２回目の以降の電子密度計算を実行する、
処理をコンピュータにさらに実行させる請求項１記載のカットオフエネルギー決定プログラム。
【請求項３】
前記条件が満たされる場合、前記第２のカットオフエネルギーから所定の値を減少させた第３のカットオフエネルギーを適用して、前記Ｎ＋２回目の電子密度の計算を実行する、
処理をコンピュータに実行させる請求項２に記載のカットオフエネルギー決定プログラム。
【請求項４】
前記条件を満たすか否かを判定する処理では、Ｎ回目までの電子密度計算それぞれにおける、計算開始時に設定された電子密度と計算結果として得られた電子密度との差を示す第１の差分と、Ｎ＋１回目の前記第２の電子密度計算における計算開始時に設定された電子密度と計算結果として得られた電子密度との差を示す第２の差分とに基づいて、電子密度の差分変化率を計算し、前記差分変化率に基づいて前記条件が満たされるか否かを判定する、
請求項１記載のカットオフエネルギー決定プログラム。
【請求項５】
前記条件を満たすか否かを判定する処理では、Ｎ回目までの電子密度計算ごとの前記第１の差分の代表値と前記第２の差分との差を、前記差分変化率として計算し、前記差分変化率が所定の閾値以下の場合に前記条件が満たされないと判定する、
請求項４記載のカットオフエネルギー決定プログラム。
【請求項６】
出力された前記第２のカットオフエネルギーを適用し、密度汎関数理論に基づいて前記物質の所定の物理量を計算する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させる請求項１から４までのいずれか一項に記載のカットオフエネルギー決定プログラム。
【請求項７】
カットオフエネルギーに応じた数の波動関数を用いた自己無撞着場法による物質の電子密度の繰り返し計算において、Ｎ回目（Ｎは１以上の整数）の第１の電子密度計算に適用した第１のカットオフエネルギーより小さい値の第２のカットオフエネルギーを適用してＮ＋１回目の第２の電子密度計算を実行し、
前記Ｎ＋１回目の前記第２の電子密度計算で得られた電子密度が所定の条件を満たすか否かを判定し、
前記条件が満たされない場合、前記第２のカットオフエネルギーの値を出力する、
処理をコンピュータが実行するカットオフエネルギー決定方法。
【請求項８】
カットオフエネルギーに応じた数の波動関数を用いた自己無撞着場法による物質の電子密度の繰り返し計算において、Ｎ回目（Ｎは１以上の整数）の第１の電子密度計算に適用した第１のカットオフエネルギーより小さい値の第２のカットオフエネルギーを適用してＮ＋１回目の第２の電子密度計算を実行し、前記Ｎ＋１回目の前記第２の電子密度計算で得られた電子密度が所定の条件を満たすか否かを判定し、前記条件が満たされない場合、前記第２のカットオフエネルギーの値を出力する処理部、
を有する情報処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、カットオフエネルギー決定プログラム、カットオフエネルギー決定方法、および情報処理装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、材料開発の分野において、研究開発期間の短縮、低コスト化を目指すデータ駆動型研究開発の取り組みとして、マテリアルズ・インフォマティクス（以後、ＭＩと呼ぶ）が世界的に進展している。ＭＩには良質なマテリアルデータの蓄積が重要である。そこで、実験に加えて量子化学などのシミュレーションによる効率的なデータ蓄積が期待されている。
【０００３】
量子化学の主要な計算手法の一つに密度汎関数理論（ＤＦＴ：Density Functional Theory）がある。ＤＦＴでは、まず、計算対象の物質の電子密度が自己無撞着場（ＳＣＦ：Self-consistent Field）法により計算される。そして、得られた電子密度に基づいて、物質の状態を示す物理量（全エネルギーなど）が算出される。
【０００４】
ＤＦＴを利用する技術としては、例えば、相変化型光記録媒体を設計する際に、記録層の材料として、所望の光学特性を有する材料を効率的に選択する相変化型光記録媒体の設計方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平１０－３３４５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原子数をＮ（Ｎは自然数）とすると、ＤＦＴの計算量はオーダ表記でＯ（Ｎ
3
）となり、計算対象の系が大きくなると計算量が膨大となる。そのためＤＦＴでは、計算の分解能を決定する重要な計算条件としてカットオフエネルギーが設定される。カットオフエネルギーは、どこまで短い波長の波の波動関数を計算に含めるかに関連するパラメータである。カットオフエネルギーが高い程、短い波長の波の波動関数を計算に含めることとなる。このカットオフエネルギーの設定値が不適切な場合、次の問題が発生する。
【０００７】
カットオフエネルギーが過小な場合、全エネルギー値が実際よりも過大に評価される。またカットオフエネルギーが過大な場合、必要以上の計算分解能となり、計算時間が余分にかかる。そこで、ＤＦＴを用いた物理量の詳細な計算を実施する前に、最適なカットオフエネルギーを求めておくことが重要となる。
【０００８】
従来、例えばカットオフエネルギーを変化（増加または減少）させた場合のＤＦＴ計算を複数回実行し、全エネルギー値が収束する最小のＥｃｕｔを、最適なカットオフエネルギーに決定している。このような複数回のＤＦＴ計算の計算時間は膨大であり、計算時間の短縮が求められている。
【０００９】
１つの側面では、本件は、ＤＦＴ計算に適したカットオフエネルギーの決定に要する計算時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの案では、以下の処理をコンピュータに実行させるカットオフエネルギー決定プログラムが提供される。
コンピュータは、カットオフエネルギーに応じた数の波動関数を用いた自己無撞着場法による物質の電子密度の繰り返し計算において、Ｎ回目（Ｎは１以上の整数）の第１の電子密度計算に適用した第１のカットオフエネルギーより小さい値の第２のカットオフエネルギーを適用してＮ＋１回目の第２の電子密度計算を実行する。コンピュータは、Ｎ＋１回目の第２の電子密度計算で得られた電子密度が所定の条件を満たすか否かを判定する。そしてコンピュータは、条件が満たされない場合、第２のカットオフエネルギーの値を出力する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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