Study of two color QCD on large lattices

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

ニュートリノ・核物理に基づいた 超新星爆発および原始中性⼦星の研究

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

エロージョンにより変形した翼列を伴う蒸気タービン中圧段の非定常シミュレーション

中圧タービンでは，静翼の後縁や動翼の前縁などでエロージョンが発生する．一方で，エロージョンの程度によるタービン性能への影響は明らかでなく，発電所の現場では翼の交換が経験的に行われてきた．本研究では，静翼の負圧面側に3種類の深さのエロージョンを考え，数値シミュレーションによってエロージョンの深さの変化に対する流れ場および性能に与える影響について評価を行った．

カイラルフェルミオンを⽤いた格⼦QCDによる中間⼦質量⽣成機構の研究

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

Materials exploration by using materials informatics (MI).

新規ポリマー化合物の光学特性を予測するモデル構築を目的とした検討を行った。具体的には、社内で蓄積されていた実験結果をまとめたデータベースを学習データとし、任意の新規組成の光学特性を予測する機械学習モデルを構築した。ここで別途作成した数億通りの仮想組成を読み込ませ、目的の物性を満たすと予測された組成の抽出を行った。
検討の結果　R2=0.64の予測モデルを構築でき、これにより新規ポリマー処方の光学特性をある程度予測することができるようになった。

保存型レーザープラズマの輻射流体シミュレーションコード開発

目的　レーザーアブレーションの数値解析の精度向上のため、２次元保存型数値流束に基づくレーザープラズマシミュレーションコードを開発する。

内容　 レーザーアブレーションでは、 アブレーション面において密度、温度、流速が急激に変化する特徴があり、これに起因する数値解析上の問題がレーザーアブレーションの解析を困難にさせている。これらを回避するためにしばしば非保存型スキームが用いられているが、非保存型スキームは解の正当性が保証されておらず、正確な解を得るためには保存型スキームを用いる方が望ましい．しかし先に述べた流速の急上昇により運動エネルギーの急激な変化になり、内部エネルギーが負になるなどの問題が生じる。そこで、本研究では数学的に解の正当性が保証されている保存型スキームを用い、かつ数値解析上の問題を回避することによって安定的に計算できる数値計算コードの開発に成功した。

結果　保存型数値流束の導入にあたり、陰解法等も併せて導入することによって数値解析上の問題を回避し、解を得ることができた。今後は様々な計算を行いその妥当性を示すとともに応用計算も進める。

A study of detection of anomalies in materials using the Deep Neural Network techniques by measuring convolutions of the original nonlinear phonetic wave and its time reversed wave propagating in a compact 2-dimensional zone.

目的 フランスの INSA 研究所の Dos Santos 氏のグループで行われている媒質中を順方向と逆方向に進行する音波を非線形円筒対称正則関数ソリトンで近似し、受信した波動をシミュレートし、受信波の畳み込みからゼロモードの数を運動量０の極限から求め、Atiyah-Patodi-Singer の指標と比較する。ソリトンは Weyl fermion spinor で満たされた媒質中を伝播するとして、有限温度格子QCDの技術を応用してシミュレーションを行い、Gravitational anomaly についても考察する。
内容 SX-ACE に備わっている２次元畳み込みルーチン DFCN2D を使って、Khokhlov-Zabolotskaya ソリトンについて計算した。
結果 既にフランスで測定されている１次元畳み込みで理論を確認し、計画中の２次元畳み込みの観測とシミュレーションの準備が完了した。

FreeFem ++によるグルコース拡散問題のパラメトリックスタディ―

目的: 糖尿病患者は年々増加しており、現在では世界に4億人以上いると推測されている。血糖自己測定器は糖尿病患者が自身の病状の把握およびインスリン投与量を概算するための装置であり、センサーより得られた信号から血糖値を算出する予測式が必要となる。センサー内部における血液中のグルコースおよび内包試薬の反応・拡散系を物理モデル化し、パラメトリックスタディーを行うことで、最適な予測式を確立する。
内容: 空間一次元の偏微分方程式による物理モデルに、パラメータ変数を他の空間座標として扱うことで、空間2次元の問題に変換する。有限要素法では計算空間の要素細分により得られる大規模な疎行列からなる連立一次方程式を解くことになるが、大規模計算のために開発され、マルチコアCPU向けに最適化された疎行列ソルバーを活用することができる。有限要素法によるシミュレーションは、OCTOPUSで提供されているドメイン固有言語FreeFem++を用いてコーディングする。
結果: OCTOPUS の Xeon Phi ノードを用い、1 CPU 64コアによりシミュレーションを実行した。右図は横軸方向に空間次元を、縦軸方向に温度のパラメータを設定した際の内包試薬の拡散を解像するための有限要素分割である。 グルコース濃度と血液の粘性に関する二種類のパラメータの合計2,880ケースの計算を一週間程度で実行することができた。

主流の脈動を伴うチャネル乱流熱伝達の直接数値解析

主流の脈動を伴う乱流現象は往復動内燃機関のシリンダ筒内などで見られる非定常流れであり，脈動乱流場における熱輸送現象を調べることは工学的に重要である．本研究では基礎的な平行平板間の脈動乱流場を対象とした直接数値解析（DNS）を行い，脈動流中の渦構造とそれに伴う輸送現象の変化を調べた．

ミルフィーユ構造の変形特性に関する原子論的研究

種々の金属系，セラミックス系，および高分子系ミルフィーユ構造のミルフィーユ構造の形成条件および変形特性を解析するために必要となる電子論的・原子論的シミュレーション手法の開発・整備を進めた．具体的には，(1)第一原理計算に基づく合金の熱力学的安定性評価，(2)分子動力学法に基づく変形素過程の抽出，を行うための手法の整備・開発を実施した．

Gradient flowに基づくSFtX法による物理点QCDの熱力学特性の研究

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

膜タンパク質の立体構造安定化に関する研究

膜タンパク質に対し全残基部位特異的飽和変異を行い、構造の安定性に影響を与えるアミノ酸残基のスクリーニングと変異候補残基の選定を実施した。具体的には、タンパク質中の全アミノ酸残基に対して、20種類全てのアミノ酸を置換した点変異モデルを作成し、変異前後における自由エネルギー変化から各アミノ酸残基の安定性に及ぼす影響を評価した。その結果、全4,440モデルの内1,037モデルで安定性の向上を示した。この結果を元に、変異体作製のためのガイドマップを作成した。今後、本ガイドマップを利用しウェット実験での効率的な変異体スクリーニングの実施が期待できる。

国民生活シミュレーションに基づく住宅・業務施設のエネルギー需要予測

本研究は日本の民生家庭部門・業務部門の脱炭素化の検討に活用可能なエネルギー需要モデルの開発を目的とした。開発モデルはGISや国勢調査などの利用可能な統計情報から対象地域に立地・居住する業務施設・世帯を生成し、生成した業務施設・世帯に対して建築仕様、設備仕様等に関する多数のエネルギー需要決定因子を組み合わせて付与するSyntheticアプローチを採用した。各業務施設、住宅のエネルギー需要推計では、施設利用者、住宅世帯構成員の生活行動を確率モデルにより生成し生活行動に基づいてエネルギー需要を定量化する。このような仕様により将来における技術普及がもたらすエネルギー需要および二酸化炭素排出量の変化を推計可能である。開発モデルにより、①日本全国の業務部門、②東京都世田谷区、三鷹市、調布市、狛江市の民生家庭部門、業務施設ストックの二酸化炭素排出量削減可能性の評価を実施し、開発モデルが有用であることを確認した。

大規模多孔質場における反応輸送解析

大規模多孔質場における反応輸送解析を対象とした格子ボルツマン法解析を実施し，局所反応量ならびに反応生成物濃度の空間分布について検討を行った．

発光ガラス材料における光吸収・発光時の電子・格子ダイナミクスの計算科学的探索

YAG結晶中のCe不純物および酸素欠陥導入時の光励起状態およびその格子緩和による発光波長の変調を調べた。Y原子24個、Al原子40個、O原子96個のYAG結晶構造において、Ceのドープ量を増やし、Y原子24個のうちの2個をCe原子で置換してもY 原子24個のうち1個をCe原子で置換したものと同じ電子準位構造であり、光吸収および発光性能に変化はないとわかった。また、酸素欠損はCe原子に一番近い部位に最も安定に発生しやすく、光励起後のFrank-Condon緩和により、より赤方偏移した発光かあるいは無輻射緩和で非発光になる可能性を得た。また、計画外の成果も得たのでそれも併せて学会発表と論文発表を行った。

環状鎖メルトへの線状鎖の少量添加の粗視化MDシミュレーション

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

Research and development of AI to support diagnosis of oral mucosal diseases

目的：AIによる画像認識技術を用いて口腔粘膜疾患の早期発見・鑑別を可能にする
　内容：多施設より収集した数万枚の口腔内写真をFasterR-CNNモデルにより学習・評価を行い、病変部分の物体検出を目指す
　結果 : 口内炎、白板症、癌、正常、良性腫瘍の鑑別が可能になったが、さらなる精度向上が必要である。

中性粒子との衝突を考慮した電離層プラズマの粒子シミュレーション

スーパーコンピューターを用いて、中性粒子との衝突を考慮した大規模粒子シミュレーション( Particle In Cell ; PIC )を実施し、高周波の外部電場が印加された際の電離層プラズマ中の電場分布を評価した。

ヤンミルズ理論におけるグルーボールの散乱のシミュレーション

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

多結晶Si太陽電池中の鉄不純物の電圧印加オペランド観察での時系列シミュレーション

再生可能エネルギーの主役であるシリコン太陽電池は鉄不純物が発電効率低下の大きな要因である。これまでのメスバウア分光による研究から、シリコン太陽電池には化学状態や格子位置が異なる５種類の鉄不純物が存在し、キャリア捕獲サイトとなっていることが明らかにされている。本研究では電圧印加キャリア注入中にその場観察したメスバウア分光画像データと、電⼦・正孔と鉄不純物の反応モデルを⽤いて、太陽電池中の鉄不純物のキャリア捕獲反応や鉄不純物拡散のシミュレーションを実施した。その結果、表面ｎ層およびバルクp層中の電子・正孔キャリア密度変化を数μmピクセルごとに評価し、異なる鉄不純物のキャリア捕獲反応断面積を導出することに成功した。

超音速 Batchelor 渦の変動成長における圧縮性効果

超音速流では変動の成長が圧縮性効果によって抑制される。その圧縮性効果による変動成長の特性を線形安定性理論と高次精度3次元数値計算を用いて整理した。

津波浸水被害予測の高度化

目的：　津波浸水被害予測シミュレーションの予測範囲の拡大を行う．
内容：　本シミュレーションにおける津波浸水被害予測の範囲は相模トラフ地震と南海トラフ地震をターゲットとした茨城県から鹿児島県の太平洋沿岸であった．本研究では日本海溝と千島海溝の地震をターゲットとして，北海道から福島県の太平洋沿岸の津波浸水被害予測を可能とするものである．
結果：　日本海溝と千島海溝の地震に対応した断層パラメータ，北海道から福島県太平洋沿岸の地形データを開発し，北海道から鹿児島県太平洋沿岸の被害予測を可能とした．

Nuclear matter in relativistic Brueckner-Hartree-Fock theory with Bonn potential in the full Dirac space

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

A General-Purpose Neural Network Interatomic Potential for α-iron

A general-purpose neural network interatomic potential (NNIP) for the α-iron is presented aiming for understanding the mechanism of deformation of BCC iron at the atomic scale. It is trained using an extensive reference database produced by density functional theory (DFT) calculations. Beyond the properties of perfect α-iron crystal, this new NNIP can describe the interactions between various defects in α–iron, including vacancies, surfaces, grain boundaries, and dislocations. Our demonstrations show that this NNIP can be applied to, but not limited to, the study of dynamic behaviour of the various defects and these interaction in systems in first-principles computation accuracy.

2D Radiation Hydrodynamic Simulation of Laser-produced Carbon plasmas

レーザー生成カーボンプラズマの2次元軸対称輻射流体シミュレーションを行い、トムソン散乱計測（実験）との詳細な比較を行い、レーザー照射直後から30nsまで、また空間的にはレーザー入射軸にそって200ミクロンから500ミクロンにわたり、密度、温度、速度において定性的な一致が得られた。定量的にも密度、温度に関して50%程度の差で一致を見た。全体としてシミュレーションの温度が高い傾向にあるため、今後、レーザー入力設定値について検討を進め、より高精度なレーザー生成プラズマシミュレーションを目指す。

イノベーション加速のための自己組織化マップによる解決手段の可視化

特許文献データを用いて技術課題の解決手段の可視化を行い，新規アイデアの着想を支援する．単語レベルの共起確率ベクトル・相関係数ベクトル、そしてマルチビューを適用し自己組織化マップを構築することで，技術要素の直接的な関連性及び潜在的な関連性の視覚化を実現した．

2次元ハバードモデルの光学伝導度の最下端準位構造

２次元強相関電子系の基本モデルであるハバードモデルを用いて、半電子充填の場合に
その光学伝導度スペクトルを解析した。特に興味はその最下端構造であり、磁気的相互作用を通じて電子正孔対が束縛されるかどうかである。既にそのスペクトル形状は求まっており、それによると鋭いピーク構造があり、これは束縛状態の存在を示唆する。本研究では準位構造を直接求め、確かに最低励起状態が連続帯から分離して、束縛状態と言う予想と矛盾しない結果を得た。

微孔性高分子膜の気体吸収性の自由エネルギー解析

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

RCNPにおける放射線遮蔽計算のための粒子輸送シミュレーション

  氏名：神田浩樹 所属：大阪大学核物理研究センター(RCNP)グループ 概要：核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理…続きを読む

ATR-FUV分光法と分子シミュレーションを用いたイオン液体電解液が電極界面で形成する特異な分子構造の解明

研究内容の概要(100字～300字程度 利用報告と同等のもので構いません)
高効率かつ安全なリチウムイオン電池用の電解液としての応用が期待されているイオン液体を対象とし、その電極界面でのナノスケールの描像獲得を目指す。量子化学計算(Gaussian)を用い減衰全反射遠紫外分光法で得られた吸収スペクトルを帰属した。またMD計算を用い、電極界面で最安定なイオン液体モデルを評価した。吸収スペクトルは印加電位に応答することが確認された。またこの応答が界面イオン液体の配向変化に起因すること帰属された。

有限温度・有限密度の場の理論の研究

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

BCC金属中らせん転位運動の加速分子動力学解析

BCC金属におけるすべり面は古くから{110}，{112}，{123}面の3種類が実験により観察されており，その詳細を明らかにするために様々な実験・計算による研究が行われてきたが，これらの面におけるすべり変形が発生する条件についての統一的な理解はいまだ得られていない．特に，原子モデリングによる研究はその有効性が期待されるものの，時間スケールの制約から実現には至っていなかった．本研究では，時間拡張モデリング手法として加速分子動力学法を用いたらせん転位運動の解析を行う枠組みを構築し，その有効性の検討及び各種温度・応力条件下におけるらせん転位運動の方向(すべり面)の依存性を解析した．

Monopole and instanton effects in QCD

  氏名：長谷川 将康 所属：大阪大学核物理研究センター(RCNP)グループ 概要：核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核…続きを読む

水素/空気予混合火炎の固有不安定性のDNS の計算条件に関する検討

水素/空気予混合火炎の固有不安定性について，支配方程式に基づき厳密に調べるためのDNS（直接数値シミュレーション）の計算条件を確立することを目的とする．
水素/空気予混合火炎の固有不安定性を調べるために，適切な流れ場と火炎形態ならびに，初期条件と境界条件について検討した．
流れ場として，同軸流場を採用し，軸対称性を考慮して，その半分を計算領域とした．主流を水素/空気未燃予混合気，同軸流を既燃生成物とし，主流と同軸流の剪断領域に予混合火炎を生成した．境界条件は，NSCBC（Navier-Stokes Characteristic Boundary Conditions）に基づいた無反射条件，流入条件，流出条件を組み合わせて構築した．このスキームでDNSを実行し，固有不安定性を厳密に調べるための定常火炎が作成された．

環状混合系の高分子物性のシミュレーション

＜目的＞　環状鎖と線状鎖が混合した系の高分子物性を効率よく計算するために、分子動力学(MD)シミュレーションで多数のGPUを活用する技術を確立するとともに、物性を調べる具体的なプロダクトランを行う。
＜内容＞　阪大のGPU環境で、LAMMPS、HooMD-blue、Gromacsを利用し、多数のパラメータ条件の環状混合系のMD計算を効率よく実行するフレームワークを開発した。それを利用し、プロダクトランを実施した。
＜結果＞　環状鎖と線状鎖が多数混合された系について、平衡状態において、環状鎖を貫通する線状鎖の数(nP)分布の、環状鎖の大きさ(Nring)に対する依存性を明らかにした。（Polymer 2021, 218, 123493）
　さらに、研究を発展させるために、種々の予備計算を実施した。加えて、ディープラーニングを活用したデータ分析に関する検討も実施した。

Energetics of heterogeneous Mg {101-2} deformation twinning migration using an atomistically informed phase-field model

We have constructed an atomistically informed phase-field model for the quantitative energetic analysis of phase　transformations. In our model, to describe the general phase transformation with a non-linear correlation between　displacive and diffusive modes, we have defined two order parameters, and , which describe the lattice　distortion (displacive mode) and shuffling (diffusive mode), respectively. Our method provides a way to introduce　the energetics from atomistic simulations to the phase-field model, describes and in an atomic　model, and derives phase-field parameters from the free energy calculated by atomistic simulation. As an application　of our model, we used the energetics obtained from atomistic simulations using a density functional　theory potential, and we calculated the free energy change during the heterogeneous {101-2} twin migration of　hexagonally close-packed (HCP) Mg, which can be considered as a lattice distortion and shuffling mixed phase　transformation, by combining our phase-field model with the nudged elastic band method. The activation energy,　and the critical nucleus size of the heterogeneous {101-2} twin migration under a set stress were derived. The　critical c-axis tensile stress (athermal stress), at which the activation energy becomes zero, is consistent with the　experimental yield stress of {101-2} for the twinning deformation of HCP Mg nanopillars in tensile tests. The　critical nucleus size of the heterogeneous {101-2} twin migration is on the range of nanometers under several　hundred megapascals stress, which is consistent with the experimental observation of nanotwins.

最大可換ゲージにおけるQCDのモノポールとカイラル凝縮の関係

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

高性能弾性表面波基板構造の探索

目的　次世代移動通信システムの実現のために，スマートフォン等の端末に用いられる弾性表面波(SAW)フィルタの高性能化が急務である．本研究では，異種あるいは同種の圧電性材料を組み合わせた層状構造上のSAW伝搬特性を数値解析し，高性能なSAW基板構造を探索する．
内容　水晶支持基板とカット角の異なる水晶薄板からなる層状構造上の漏洩SAWについて，弾性波動方程式とラプラス方程式における粒子変位と電位の一般解が境界条件を満足する位相速度と漏洩損失を求めた．
結果　カット角の異なる水晶同士を組み合わせたとき，単体の水晶よりも漏洩損失が低減する条件を見出した．これはフィルタの高Q値化に有効である．

ハイブリッド汎関数を用いた水の第一原理分子動力学シミュレーション

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

CeドープされたYAG結晶における光励起後の Franck Condon 緩和の第一原理計算（2020年度）

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

Studies of classical and quantum many-body problems: tensor network approach

高次特異値分解を用いたテンソル縮約法（HOTRG）や密度行列くりこみ群（DMRG）を駆使して、２次元モノマー・ダイマー混合系の臨界現象に関する未解決問題に関して、高精度計算による数値的解決を見た。また、アルゴリズムの改良（HOTRGに対する環境効果の取り込み）及び、３次元問題や他の多体問題への応用の足がかりを得た。

ニッケル／銅協働触媒による1，3－ジエンの不斉ヒドロアリル化反応の反応経路解析

当研究室で新たに開発したNi/Cu協働触媒による不斉ヒドロアリル化反応について、Ni錯体と銅錯体がどのように反応を触媒し、どのように立体を認識しているのかを、反応経路探索および鍵中間体の1点計算により明らかにした。

格子ボルツマン解析の大規模多孔質反応輸送場への適用

大規模多孔質構造における流動場を対象として，衝突演算を高度化した格子ボルツマン法を実装し，緩和時間パラメータの影響について評価を行った．

パーセプトロンネットワークによる深層学習の統計力学的解析

多層パーセプトロンネットワークによる深層学習に関する統計力学的解析をシミュレーションによって行った。
具体的には、同じアークテクチュアをもつ教師機械-生徒機械の組み合わせを考え、ベイズ最適な状況で
生徒機械が教師機械を学習するというシナリオについて解析を行った。最急降下法に類似した、絶対零度での
モンテカルロシミュレーションによって十分に学習が行われることが確かめられた。また
生徒-教師機械の重なりは、空間的に不均一で、ネットワークの両端で大きくなることが確かめられた。
これは理論による予想(Yoshino, 2020)と整合している。

格子QCDを用いたhidden-charm pentaquarkの解析

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

全原子モデル自由エネルギー解析に基づくポリマー材料への成分収着動態の解明

目的：ポリマー材料への低分子化合物の収着性を全原子モデルで解析する
内容：分子動力学(MD)シミュレーションとエネルギー表示溶液理論を融合させた手法により、セルロースアセテート(CA)に低分子成分 (Propylene glycol (PG), l-Menthol, Glycerol triacetate (GTA)) が収着する際の溶媒和自由エネルギー (Δμ) を計算した。CAはアセチル置換度 (DS) の異なる3水準 (2.0, 2.5, 3.0) を対象とした。
結果：各成分の収着時の溶媒和自由エネルギー (Δμ) において、GTAは他の化合物より低値であり、収着しやすいことが示された。また、PGはDSの増大に従ってΔμが低値になる傾向がみられた。一方、GTAはDSの増大に従ってΔμが高値になる傾向がみられ、各DSにおける各化合物の収着性が定量的に示された。

低温高密度両利きにおける2カラーQCDの相図と超流動性の解明

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

湖沼，河川，海域の水環境シミュレーション

概要：三次元数値モデルSCHISMを用いて，感潮河川，湖沼，沿岸域，外洋域における流動・水質・物質輸送の数値シミュレーションを行った．

ビアンキ恒等式の破れによる新しい閉じ込め機構のモンテ・カルロ計算による研究

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

MD simulation of dielectric property of polymer material

本テーマでは、高分子化合物の誘電物性をMDシミュレーションから見積もることを試みた。各種ポリマー化合物は重合度5、ポリマー本数20～40とし、GROMACSにて計算を行った。計算は、熱安定状態を得るための緩和計算を最初に行い、その後、プロダクションランを500ns実施した。計算結果から双極子モーメントの自己相関関数を計算し、FFTより誘電分散を見積もった。その結果、ポリマーのみの計算に加えて、水が数%混入している系についても計算が可能となり、水の誘電物性への影響を見積もることが可能になった。

乱流および混相流の数値シミュレーション

気泡や粒子などを含む二相乱流，伝熱，潤滑，流体－構造連成解析，気液界面および濡れなどの諸現象を対象として，差分法，有限要素法，分子動力学法による解析方法を適宜開発し，精度向上や現象の解明を目指している．

QCDの非可換ビアンキ恒等式の破れ（モノポール）に基づく新しい閉じ込め機構のモンテ・カルロ法による研究

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

爆轟現象の解明とその応用に関する研究

水素/空気予混合気に対する詳細化学反応モデルを使用して，2次元及び3次元の非定常圧縮性粘性解析を行った．今年度は粘性の影響を考慮した，非予混合噴射型回転デトネーションエンジンに2次元数値解析を実施し，噴射口数の影響を評価した．

心臓不整脈シミュレーション

心臓突然死（致死性不整脈の発生）を引き起こすリスクが高い遺伝性不整脈疾患であるBrugada症候群は、30-50代の東洋人男性に多く、心筋Na+チャネルの機能低下によって生じるイオンチャネル病である。未だその不整脈発生機序には不明な点が多い。本論文では、Brugada症候群における不整脈の発生に関与すると考えられてきたPhase-2リエントリー応答を、ヒト心室組織の数理モデルの構築と興奮伝播シミュレーションにより解析した。心室組織内におけるNa+チャネルの空間的な発現差と、個々の心筋細胞体におけるNa+チャネルの不均質発現によって生じる局所電流の低下が、Phase-2リエントリーならびに、致死性不整脈の発生に関与する可能性を例証した。

輻射流体数値シミュレーションを活用した レーサー加工技術、及び物質・エネルギー創生の研究

多次元輻射流体数値シミュレーションを駆使し、レーザー駆動超高圧を利用したレーザー加工プロセス、新物質創生、及びレーザー核融合エネルギー創生に関わるレーザープラズマ相互作用の学理を深めることを目的としている。本年度は、レーザー核融合研究として、大阪大学レーザー科学研究所で実施したGXII/LFEX実験の対向ビーム爆縮シミュレーションを行った。その結果、実験の最大圧縮タイミングを再現できる結果を得、爆縮プラズマの構造、密度、温度が推定された。

DNSを用いた混合層における水素–空気非予混合燃焼のNOx生成の予測

NOx生成を含む詳細反応機構を用いて，水素燃焼を伴う圧縮性混合層のDNSを実現した．さらに，3種類の初期条件を流れ場に与えて，異なる渦構造が存在する混合層を再現し，渦構造がNOx生成に与える影響を調べた．その結果，非予混合の水素と空気の混合層において，実用的な数値シミュレーションで想定される2次元流れから，実際の現象である3次元流れのNOx生成を予測するためには，流れ場の渦構造がNOx生成に与える影響を考慮した補正を，NOxの生成量や分布に適用する必要があることを示した．

マイクロ熱工学に関する分子シミュレーション

研究内容の概要(100字～300字程度 利用報告と同等のもので構いません)
ナノ・マイクロメートルスケールのエネルギー輸送現象を原理的に理解して制御することを目的として，伝熱面の濡れ性がナノ構造における蒸発現象や水滴の凝固過程や冷却時の熱抵抗に与える影響を分子動力学法を用いて調査した．また微粒子を含有する液体のエネルギー輸送機構に関しても分子動力学解析を用いて詳細な解析を行った．そのためにOCTOPUSを用いた．

レーザー生成プラズマの多次元シミュレーション

OCTPUS上で，放射流体シミュレーションコード及びプラズマ粒子コードを行い，レーザー生成プラズマの放射流体現象及び相対論的磁気リコネクションに関する数値シミュレーションを実施した．実験結果と数値シミュレーションの結果を比較しながら，レーザーとプラズマの相互作用による電子加速の機構に関する物理的考察を行った．

Numerical simulations in particle and nuclear physics

主に格子QCD等の計算とそれに関連する計算を行った。配位を生成し、物理量を計算した。位相クエンチ近似を使用して、アイソスピン化学ポテンシャル存在する場合の計算も行った。
現象論的な解析も行った。

導電率テンソルを適用したFDTD法によるCFRPパネルの電磁界・熱解析

導電性テンソルを用いたFDTD (Finite-Difference Time-Domain) 法により，厚さ3 mmの多層構造炭素繊維強化プラスチック (CFRP) パネルの落雷点に配置された金属ファスナの有無が，電流分布と温度上昇に及ぼす影響を調べた。CFRPパネルは0.2 mm厚の層で構成されており，各層は繊維方向に起因する異方的な導電性を有している。CFRPパネルの最上層の中央に上から電流を流し，2つの窓枠上の完全導体板の四隅から吸収境界の側面にリード線を接続し電流を逃がしている。シミュレーションの結果，金属ファスナがある場合には注入された電流が下層に多く流れ，局所的な激しい温度上昇が抑えられるが，金属ファスナがない場合には局所的に大きく温度が上昇することがわかった。

熱流体物理の未解決問題の数値解析研究

スーパーコンピュータを利用して様々な問題の熱流体数値解析が
おこなわれているが、例えば、直管内で乱流遷移する位置と入口乱れ強さの関係を解明で
きる数値解析や理論は存在してこなかった。当方では、確率論的Navier-Stokes方程式とそ
の境界条件の理論を新たに提案し、それに基づいて、現象の解明を可能にしてきている。
また、それを用いて、高効率ロケットエンジンの性能検討を行ってきている。

フォトニックナノジェットを利用した微細加工に関する研究

フォトニックナノジェット(Photonic nanojet: PNJ)は誘電体マイクロ球にレーザを照射することで発生するビームである．PNJの高分解能な強度分布制御によって，高分解能に加工幅や加工深さを制御可能なレーザ微細加工技術の確立を目的とする．加工対象であるシリコンにPNJを照射した際の強度分布をFinite-Difference Time-Domain法を用いた電磁場シミュレーションによって解析した．特に，水中では焦点深度が長くなることがわかり，それを加工に応用することができることを明らかにした．

History-dependent Laminated Substructure in High-entropy Alloys with Chemical Short-range Order

In this work, a chemical short-range order related concept “history-dependent generalized stacking fault energy” (HD-GSFE) was proposed. This concept was demonstrated by utilizing the recent novel multi-principal high-entropy alloy (HEA) with different chemical short-range order levels using a neural network interatomic potential. To demonstrate the impacts of the history dependence and slipping interlayer coupling effect on the GSFE of CSRO HEAs, HD-GSFEs were computed for different shear deformation pathways of the MEAs with different CSRO levels, such as interlayer multiple-time slipping, twin growth, and γ-ε (FCC-HCP) phase transformation. The multiple-time slipping induces CSRO collapse, leading to local shear softening owing to the history dependency of GSFE. Additionally, the slip of neighbouring atomic interlayers is affected by the slipping resulting from the induced CSRO collapse of present interlayers because of the interlayer coupling effect of GSFE. Eventually, by employing a novel kinetic Monte Carlo simulation method based on dislocation/disconnection loop nucleation events and using the HDML-GSFE with the history dependency and interlayer coupling effect, we proposed a laminated micro-substructure evolution that involves twinning and γ-ε phase transformations subject to a finite shear strain rate and finite temperature which is tunable by controlling the chemical short-range order in such high-entropy alloys.

乱流および混相流の直接数値シミュレーション

壁面せん断流の亜臨界乱流遷移において，その遷移過程と発現構造は複雑で，理論的アプローチが困難である．本研究では，環状流や後退翼平板境界層などの直接数値シミュレーション（DNS）を行い，時空間間欠性や粗面条件に応じた乱流遷移過程の変化などを調査した．また，気液界面を含むミリスケール液滴・液膜の挙動などをOpenFOAMにより解析した．

Vibrational couplings and energy transfer pathways of water’s bending mode

シュレディンガー方程式を解いて原子に働く力を計算する密度汎関数分子動力学法（density functional theory molecular dynamics, DFTMD）を用い、水の伸縮振動・変角振動・束縛回転振動の間のカップリングを計算した。水の変角振動は分子間では伝わりにくいが、同じ分子の束縛回転振動を励起することで熱に変換されることを明らかにした。

自動矯正歯科診断AIシステムの開発

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

トポジカル渦のシミュレーション

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されている。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

壁面せん断流れ中の粘弾性不安定性に関する数値シミュレーション

ニュートン流体よりも複雑な流れを示す粘弾性流体の流体力学的な不安定性を理解することを目的として，低レイノルズ数流れにおいて発生する弾性乱流の直接数値解析を行った．流れを支配するパラメータを変化させることで，弾性乱流のダイナミクスの特性やその乱流遷移のメカニズムを調べた．

ミウラ折り型ジグザグリブレットの実用のための研究

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

肺葉切除が左心房内血流に与える影響に対する数値流体力学シミュレーション

肺癌に伴う肺葉切除時において，左心房内における血栓形成ひいては急性脳梗塞の危険性が指摘されているが，肺葉切除と左心房内での血栓形成との関連は明らかでない．肺葉切除時における血流動態を流体力学的観点から明らかにするため，肺葉切除前後における患者の4D-CT画像計測に基づき，左心房内血流の数値流体力学シミュレーションを行った．肺静脈の一部を切除することで，左房内部のフローパターンが大きく変化し，術前から術後にかけて血流の滞留領域が形成されることを確認した．

溶液蒸発過程におけるπ共役系高分子の凝集および分子配向ダイナミクスの解明

π共役系高分子の電子デバイス応用において重要な分子配向状態は，塗布製膜過程におけるπ共役系高分子の凝集化プロセスに依存していると考えられる．本研究では，溶液蒸発過程において生じる高分子の凝集化現象を分子動力学（MD）法に基づくシミュレーションによって解析した．Gaussianを用いてD–A型π共役系高分子 PDPP-DTTの電子状態からRESP電荷を計算し，周期的境界条件を介した無限鎖高分子モデルを作成した．作成した無限鎖高分子モデルを計算セル中に主鎖配向状態で複数配置し，溶媒のトリクロロエチレン分子で満たしてMD計算を行った．高分子の濃度が十分に高い場合，分散した状態から1 ns程で高分子が棒状に凝集化することを確認した．高分子は分子構造中のD–A相互作用によって凝集化しているものと考えられる．今後は溶媒蒸発がもたらす濃度変化が凝集形態に与える影響について調べていく予定である

自由噴流の混合制御に関する数値シミュレーション

DNS(Direct Numerical Simulation)により，ノズルを傾斜回転させた自由噴流に脈動を印加する方法を提案し，これにより開花噴流が容易に実現できること，従来の開花噴流よりも混合拡散特性が向上することを明らかにした．また，2本の自由噴流の噴流どうしに位相差のある脈動を印加する制御を行い、位相差を設けることで混合が活性化されることを見出した．さらに１列に並んだ4本の噴流を列方向に周期的に振動させることで噴流間干渉を抑制でき，比較的一様な流れ場が形成されることを見出していたが，さらに衝突距離を変え，伝熱の一様性には適当な衝突距離があることを明らかにした．

アーク溶接における溶融池形成予測シミュレーション

目的　アーク溶接プロセスにおける溶融池形状や温度履歴を予測するシミュレーションモデルを構築する．
内容　溶融金属の流動と表面変形挙動を計算するモデルを開発し，溶接時の溶込み形状や温度履歴など溶融池形成現象をシミュレーションした．
結果　溶接対象物の形状や熱源モデルを設定することで，溶接結果の再現・予測を達成した．

水素燃焼の数値シミュレーション

高圧で液体水素が貯蔵されているタンクに穴が開いた場合，高圧の水素が雰囲気へと高速噴射され，気液間の相互作用により微粒化する．その後，蒸発および空気と混合を経て水素空気の混合気体ができる．そのため，液体水素の数値シミュレーションを行うためには，微粒化を精度よく予測する必要がある．そこで，本研究では，液体が気液間の相互作用により微粒化されていく過程を数値解析し，微粒化を予測するモデルの提案を目指した．現在はモデルを開発している最中であり、顕著な成果は得られていない。

レーザー生成プラズマを用いた時期スラストチャンバ実験との比較によるシミュレーションコードの検証

初期生成プラズマのエネルギーと推力の関係を示すエネルギースケーリング則の確立を目的とし，実験とそれを模擬したシミュレーション計算の結果の比較を行った．実験は，コイルで生成された磁場中で，レーザー照射によってアブレーションプラズマを生成し，プラズマの排出方向後方に設置した振り子に衝突したプラズマの運動量から，インパルスビットを算出した．シミュレーションは，初期プラズマのイオン数密度や速度等を2次元輻射流体コードで計算し，その結果を用いて3次元ハイブリッドコードで振り子に衝突するプラズマの運動量を算出した．
実験とシミュレーションの両結果で，プラズマエネルギーと磁場エネルギーの比とインパルスビットの値に比例関係が見られた．また，昨年の研究ではシミュレーションで得られたインパルスビットの絶対値は実験値と比べて1/10程度であったが，今回は1/6から1/7程度となり，シミュレーションによる実験の再現性が向上した．

低次元強結合フェルミオン系の励起状態における集団運動

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理であ
る量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関
連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパー
コンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及び
ハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を
含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作
用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

大規模時系列テンソルによる多角的イベント予測

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

超音速燃焼を考慮した圧縮性粘性流れの数値解析法に関する研究

大気中に流速1 m/sで噴射するオクタン燃料の流動拡散挙動と壁面との干渉を明らかにするために，化学種の質量保存を含む3次元非定常圧縮性粘性解析を行った．低マッハ数の解析を可能とするために固有値を操作する前処理法を導入している．このコードは大規模な並列を行うことで，効率的に計算結果を得ることが可能となっている．この数値解析により，オクタン燃料の非定常な渦構造や拡散挙動が明らかになった．

立体特異性カチオン重合の研究

新規に見出された立体特異性カチオン重合の反応機構に関する知見を得るため、Gaussian16を用いて、重合触媒となるチタン錯体等の構造をDFT計算による構造最適化を利用して調べた。その結果、重合中に生成すると考えられる生長カチオンや対アニオンの構造最適化をすることができた。さらに、カチオン重合のモデル系において遷移状態構造も確認することができた。

開殻π電子系分子集合体の物性評価

Gaussian16 を利用して、各種開殻π電子系分子とその集合体について軌道計算、電荷分布、スピン密度分布等の計算を行った。例えば、ジヒドロフェナジンラジカルカチオンの固体状態における近赤外吸収が特殊なダイマー構造 (πダイマー) 構造に由来すること、またπダイマーにおけるスピン間には反強磁性的相互作用が働いていることを解明した。

タンパク質−リガンド結合自由エネルギーにおける共溶媒濃度依存性の解明

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

低次元ナノ物質複合構造体の電子物性解明

本プロジェクトでは、各種異種物質ならびに外部電界と広義複合構造を形成した低次元ナノスケール物質に着目し、複合構造形成下における電子物性の変調の可能性を密度汎関数理論に基づく第一原理計算の手法と有効遮蔽媒質法を組み合わせることにより明らかにした。
　本年度は、量子論に立脚した計算物質科学の手法を用いて、２層二硫化モリブデン(MoS2)からなる２重ゲートトランジスタへ、外部電界と積層配向が蓄積電荷分布に及ぼす影響の解明を行なった(図１)。上下のゲート電極間に電位差を印加することで上下のMoS2層の伝導帯／価電子帯端を互い違いにシフトさせ、その上で電荷ドープを行うと、片層への選択的キャリア注入が可能であることを明らかにした、また、キャリアの選択的注入は、層間配向に捻れを導入することでより促進されることが明らかになった。

Z3対称な量子色力学における格子シミュレーション

2019年度公募型利用制度で採択された課題です。

マルコフ連鎖を適用したネットワークログでの利用者行動分析

本研究では，Wi-Fiログから推移確率を算出するプロセスと，現実的な計算時間を示した.まず，膨大なWi-Fiログから推移確率を算出するための現実的な計算時間を示した.計算によって得られた推移確率行列からマルコフ連鎖の基本性質を利用することで収束までのシミュレーションを実施した今回Wi-Fiログのデータとして，Crawdad.orgのデータセットを利用した.定常分布に収束するまでの過程を示すことで，利用者行動の時間経過による推移を確認することができる.エルゴード性は既約で非周期的な状態を示し，定常分布を持つ.今回はエルゴード性が担保される中，同値関係に注目する.アクセスポイントによる同値類を形成し，ある推移確率での同値類形成を確認した.

カノニカル法を⽤いた格⼦QCDによる 有限温度・有限密度QCDの研究

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

流体界面の微小スケールにおける現象論的モデルに関する研究

近年のMEMS技術の進展に伴い，微小流路内での流動制御の重要性が増している．微小流路内においては界面を活用した流動制御が効果的と考えられるが，制御のベースとなる現象論が壁面近傍での界面運動については確立していない．本研究では，分子動力学解析と数値流体力学解析を相補的に用い，界面運動を記述する現象論的モデルの抽出を試みた．

自己組織化イオン結晶におけるナノ相分離様態と分子輸送特性の分子動力学研究

2020年度公募型利用制度で採択された課題です。

格子QCDの有効模型における最重み法の改良と検証

核物理研究センターでは、サブアトミック世界の強い相互作用の基本原理である量子色力学（ＱＣＤ）を中心に、素粒子・ハドロン・原子核物理学とその関連分野にわたる研究を、全国の共同利用研究者とともに行っている。スーパーコンピューターは、大規模計算を必要とする理論的な研究を中心に使用されて
いる。その内容は、格子ＱＣＤによる数値シミュレーション、原子核構造及びハドロン物理現象論の数値的な解法を始め、深層学習の加速器実験への応用を含む。

(i) 格子QCD
ハドロン分光学（質量などの計算）とハドロン間相互作用、クォーク間相互作用、有限温度・密度における真空の性質・状態方程式、閉じ込め・カイラル対称性の問題

(ii) 少数多体系・原子核構造
３-４核子系の精密計算、原子核密度汎関数法

(iii) 機械学習
加速器実験への応用（加速器の運転制御、Belle実験・ILC実験での信号識別・フレーバー識別、
ILC SiDカロリメータのエネルギー較正）

(iv) その他
２次元格子フェルミオン系、超新星爆発、弦理論

Ab initio approach to light nuclear systems based on quantum chromodynamics

Comprehensive study of generalized baryon-baryon interaction including strangeness is one of the important subject of nuclear physics. In order to obtain a complete set of isospin-base baryon interactions, we perform a large scale lattice QCD calculation with almost physical quark masses corresponding to $(m_{\pi}, m_{K})\approx(146,525)$~MeV and large volume $(La)^4=(96a)^4\approx(8.1~{\rm fm})^4$. A large number of Nambu-Bethe-Salpeter correlation functions from nucleon-nucleon to $\Xi\Xi$ are calculated simultaneously. For the moment, we focus on the strangeness S=-1 channels of the hyperon interactions by means of HAL QCD method. We find that the tensor force between Lambda-Nucleon and Sigma-Nucleon is stronger than the tensor force in the Lambda-Nucleon diagonal part.

Long-time behavior of a metallic liquid under steady shear

本研究の目的は，ガラス転移付近における液体金属の粘度の挙動を解明することである．ガラス転移近傍では，ダイナミクスが遅いために物性測定のためには長時間の観測を必要とする．この観測時間に関する知見を深めるために，ガラス転移近傍での定常せん断応力を長時間の間観測した．結果，せん断速度SがS=5×〖10〗^(-6) 1/psの時、非常にゆっくりと定常せん断応力が増加しており，定常値を得るにはより長時間の計算が必要なことがわかった。より低いせん断速度の場合は，さらなる計算が必要である．ガラス転移近傍では観測時間依存性をどこまで解消できるか課題が残された．時間方向への並列化は困難なので計算資源利用としては，占有利用のほうが有効であろう．

Measuring Φ100 mm aspheric mirror by Non-contact three dimensional nano-profiler using normal vector tracing method

我々は、非接触かつ自由曲面の測定が可能な形状測定法として、法線ベクトル追跡型非接触ナノ形状測定法の開発に取り組んでいる。本研究では、以前行ったΦ100 mm凹非球面ミラーの形状測定において、計算アルゴリズム由来の誤差が見られたので、その改良に取り組んだ。

湾曲流路を流れるLi噴流内部の詳細な流動構造に関する研究

核融合炉材料試験を実現するための核融合中性子源では、液体リチウム（Li）ターゲットに重陽子ビームを照射することで高エネルギー・高フラックス中性子場を形成するが、ビーム照射に伴う熱を除去するためにLiは高速で流される。施設の安全性や効率化を考える上で、液体Liターゲット内部の流動構造を詳細に把握することは重要な意味を持つ。そこで本研究では核融合中性子源で採用される湾曲流路を流れるLi噴流表面の状況やその内部の詳細な渦構造の把握を目的とし、これまでなされていなかった大規模LES計算を実施した。計算モデルとしては二段縮流ノズルとLi噴流部から成り、ノズル出口断面平均流速で15m/s条件の流量をノズル入口に設定した。Li噴流部はArガスとの気液二相流となっている。Li噴流は湾曲流路を流れており、流路幅方向は5mmとして周期境界条件を適用した。メッシュ数は約540万、RANS乱流モデルで計算した後、LES乱流モデルを用いて計算した。結果として、RANS計算から遠心力による膜厚増加の抑制を確認、LES計算により湾曲流路による流路底部近傍の縦渦構造の生成促進を明らかにすることができた。