任意の電子励起固有状態に適用可能な密度汎関数理論の提案とソフトの開発・普及

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本研究は、任意の電子励起固有状態に適用可能な「拡張準粒子理論」(2017年J. Chem. Phys.誌)と、準粒子波動 関数の規格化を保証する「拡張Kohn-Sham理論」(2021年Phys. Rev.B誌(Letter))の理論基盤に基づいている。 昨年度、予定通り、この内容を「基本法則から読み解く物理学最前線シリーズ」(共立出版)の27巻として「第一原理計算の基礎と応用」と題する本に著し、出版した。さらに、本理論に基づき、CH4, NH3, H2O, CH3OH分子に対して、内殻電子がX線吸収により外殻に励起された(深い内殻正孔を持つ)電子励起状態を初期状態として、価電子が再び内殻に落ちるX線発光過程(共鳴非弾性X線散乱)のGW+BSE計算に成功し、論文発表した(PCCP誌)。本研究で提案する新理論に基づいて基づく任意の電子励起 固有状態の計算を実行できるようなユーザーフレンドリーなプログラムOMBOの開発を目指して、CASTEPなどの既存のプログラムとの比較を行いなが ら、TOMBOのブラッシュアップを図っている。昨年度は、予定通り、TOMBOの別バージョンとして完成していた自己無撞着GWΓ法のプログラムを TOMBOの最新バージョンに移植することに成功した。また、TiO2結晶にC,Nを同時ドープすることによりバンドギャップが可視光吸収域に縮まる ことをTOMBOのGW計算で明らかにし、論文発表した(Comp. Mat. Sci.誌)。さらに、従来のGW+BSE法で無視されてきた2次の交換項の寄与を複数の分子で計算し、その効果の大きさを論文発表（Phys. Rev. B誌）、銅の金属スラブ表面付近の真空領域における誘電関数の振る舞いをTOMBOで第一原理計算し、金属表面付近の顕著な電場増強効果を明らかにし、論文発表した（J. Phys. Soc. Jpn.誌）。