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利用 “富岳” 计算含1万多个原子物质的超高速光学响应,为明确微观现象开辟道路

时间:2022-04-15 10:06来源:客觀日本 作者:JSTnews

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当物质被光照射时,物质中的电子和离子会振动,这种振动会引起光的折射和反射。为了明确这些现象的原理,可利用开源软件 SALMON 进行了计算,该软件运用了第一性原理计算法来计算被光照射的物质中发生的电子和离子微观运动。日本筑波大学计算科学研究中心的矢花一浩教授等人组成的联合研究团队牵头开发出了 SALMON,并于2017年公开了第一版。

光与物质的相互作用示意图。脉冲光射入由大量原子构成的二氧化硅表面,光能转移到表面的电子和离子中。


此次,联合研究团队利用超级计算机 “富岳”,全球首次成功地对包含1万个以上原子的纳米物质的光学响应进行了第一性原理计算。研究团队对SALMON进行了高精度的调整,利用富岳整个系统约六分之一的CPU实施了由10万多个进程组成的并行计算,由此明确了厚度约为6纳米的氧化硅玻璃(SiO2)薄膜与强脉冲光的非线性光学响应。结果显示玻璃会变得不透明,光会被快速吸收。另外还确认到,反射波和透射波产生了振动频率约为入射光数倍~数十倍的高次谐波。


SALMON 通过自由设定并模拟光的脉冲波形和物质的结构,有助于阐明实验中难以测量的微观空间中的电子和离子的运动所引发的现象等。研究团队今后还将利用以富岳为首的超级计算机对多种光学现象进行计算,目标是证明SALMON 在原子层面明确各种现象的有效性,使 SALMON 成为世界标准的软件以得到广泛利用。


原文:JSTnews 4月号
翻译编辑:JST客观日本编辑部

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