第一原理電子状態計算ソフトウェア ASAP

材料開発技術者のための第一原理計算ソフトウェア

材料物性予測のための使いやすいGUI&目的に応じて選択できるソルバー

ASAP は、ワークフローに表示されたモデリング、条件設定、解析実行、結果評価の順に操作するだけで、初心者でも迷わずに物質の電子状態の解析を進めることができます。ワークフローは解析メニューから目的に応じて簡単に選択でき、ユーザーフレンドリーなGUI設計で直感的に操作できます。

また、解析目的に応じて以下3種類のソルバーを組み合わせて使用できます。
・バルク・周期系に最適。チューニングパラメータが少なく初心者向けソルバー(Quantum ESPRESSO)
・分子、界面などの非周期系、規模の大きな対象向けソルバー(SIESTA)
・電子輸送解析向けソルバー(TranSIESTA ※オプション)

【ソルバー組み合わせ例】
Quantum ESPRESSO で規模の小さな周期系の結晶を解析し、その結果を再現するように必要に応じて SIESTA側でパラメータチューニングしたモデルを利用して、界面などを含む大規模なモデルを解析することができます。

マルチスケールシミュレーションソフトウェア「J-OCTA」との連携

ASAP とJ-OCTAを連携することで、第一原理計算結果を利用した古典分子動力学計算やJ-OCTAの分析機能を利用した物性値の評価や結果の可視化が可能になります。
例えば、ASAPの解析結果を J-OCTA の計算パラメータとして活用することで、より高精度な分子動力学計算を行うことができます。また、ASAP の解析結果をJ-OCTA上で多面的に評価できるようになります。

J-OCTA計算パラメータ活用例
・ASAP で得られた界面エネルギーを用いて、J-OCTA のMDで用いる高精度なLJポテンシャルのパラメータを推算
・ASAP で得られた電子の分布を用いて、J-OCTA の MD で用いる原子の点電荷を推算
など

J-OCTA上での多面的な評価例
・ASAP を用いたフォノン計算の結果を用いて、分子/結晶の温度-モル比熱を評価
・ASAP を用いた第一原理MD計算の結果を J-OCTA で読み込み、描画や解析を実施
など

開発元

株式会社JSOL

■主な機能・サービス

使いやすいGUIや解析対象に応じた平面波基底/局在基底を使い分けできる機能

電気伝導を含む様々な物性の評価を、物性ごとに専用の解析プロジェクトを作って実施し、直感的な操作による迷わないモデリングが可能です。

初心者でも使いやすいGUI

ワークフローに表示される「モデリング → 条件設定 → 解析実行 → 結果評価」の順に操作するだけで、初心者でも迷わず電子状態解析を進められます。ワークフローは解析メニューから目的に応じて簡単に選択でき、ユーザーフレンドリーなGUI設計により直感的な操作が可能です。
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第一原理MD・光学応答機能

第一原理MDでは、DFTに基づいて原子にかかる力を評価し、結晶や分子のダイナミクスを計算します。現象や対象物性に適したアンサンブル(NVE/NVT/NPT:系の体積や圧力などを制御する方法)が選択可能です。光学計算では、エネルギーに対する半導体/絶縁体/分子の誘電率の実部と虚部、屈折率と消衰係数を計算します。ASAP Pro、ASAP Pro Transport に含まれます。
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J-OCTAで得られたMDの結果をASAPに渡してDFT計算

J-OCTAで得られたMDの結果をASAPに渡してDFT計算を実施できます。長時間の緩和計算をMDあるいはその上のスケールのモデルで実施した後、得られた(部分)構造をASAPに渡し、DFT計算により電子状態を評価ことなどが可能です。例えば有機薄膜太陽電池やOLEDのような有機半導体デバイスの特性への応用が考えられます。
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■主な解析・利用例

ASAPの解析・利用例をご紹介

活性化エネルギーを用いたモンテカルロ判定によるエポキシ樹脂の架橋反応
本事例では、エポキシ樹脂の架橋反応を対象に、活性化エネルギーに基づくモンテカルロ法を用いて反応判定を行っています。主剤DGEBAと硬化剤44DDSを用い、全原子MD計算により架橋構造を作成しました。反応後の構造に対して伸長計算を行い、ヤング率を評価した結果、実験値と良好に一致する値が得られました。
コバルト酸リチウムの基底状態と弾性率の解析
本事例では、リチウムイオン電池正極材料であるLiCoO₂の放電状態における電子状態と弾性定数を、第一原理計算SIESTAを用いて解析した。LDA+U法により電子相関を考慮し、非磁性状態と反強磁性状態の比較を行い、最終的に非磁性が基底状態であることを確認した。体積弾性率は184.73GPaと算出された。
カルサイト(方解石)の複屈折と光吸収
本事例では、炭酸カルシウム単結晶であるカルサイトの複屈折と光吸収特性を、密度汎関数理論(DFT)に基づくSIESTAを用いて解析した。電場の偏波方向による屈折率の違いや、バンド構造に基づく光吸収の開始エネルギーを評価し、複屈折の起源と光学遷移の関係を明らかにした。

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