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  6. 世界首次通过地球模拟器的快速运算预测出碳纳米管内的光化学反应

世界首次通过地球模拟器的快速运算预测出碳纳米管内的光化学反应                ~新型大规模廉价材料和新型合成物质领域的应用~

                                                                                                                                       时间:2010-12-29


        近日,NEC宣布为日本独立行政法人海洋研究开发机构所建置的快速超级计算机“地球模拟器(注1)”,通过激光照射碳纳米管(注2)的氯化氢分子,在全世界首次通过计算机模拟器高效地预测出产生氢的光化学反应。

        这项模拟实验不仅成功在氢产生领域,还由于大大提高了激光照射中已有的光化学反应效率,从而在合成大量廉价材料以及合成新物质方面都是具有划时代意义的研究成果。该研究成果刊登在美国物理学会最具影响力的《Physical Review》12月7日的电子刊物中。

        地球模拟器在美国11月举办的国际高速计算研讨会SC10上,凭借其快速傅氏变换(FFT)(注3)计算,在HPC挑战奖中荣获冠军,确立了特别是在纳米科学、新物质探索、气象预测等复杂应用方面,拥有全球最优越的运算效能。

        由于该研究成果所使用的软件中,FFT占计算全体的近50%,所以,原来计算机需要数月才能完成的激光照射计算,地球模拟器仅用2天就完成了,从而在不断改变光强度的情况下,也能在很短时间内选择出最佳的激光照射条件。

        该项研究是基于海洋研究开发机构的共同应用研究题目“关于碳纳米管特性的大规模计算”所实施的。

        “地球模拟器”以其优异的效能,广泛应用于各种领域,例如在与气候变迁相关的联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次评估报告书上,正确地提供气候预测及地球暖化影响评估,以及与地球环境问题相关、地震及海啸等高精密度的环境模拟等应用,在天然灾害防范、能源问题、对新材料的探索等方面付出相当大的贡献.NEC期望能将这项技术实力与产业界结合,共同拓展应用领域。

        NEC今后还将继续通过地球模拟仪等超级计算机进行最尖端的研究与开发,用优秀的HPC技术实现创新。

 

注1)地球模拟仪
        于2002年3月开始运行的超高速矢量并行计算机系统。2009年3月二期系统“地球模拟器系统”整体最高计算功能高达131T FLOPS,是现在世界最高速的单核CPU(102.4GFLOPS)。
        FLOPS是是“每秒所执行的浮点运算次数”(floating-point operations per second) 的缩写。1G FLOPS是每秒10亿次浮点操作,1T FLOPS是每秒1万亿次浮点操作。

注2)碳纳米管
        NEC公司的饭岛澄男特别首席研究员于1991年5月检查一根曾产生富勒碳的碳电极上的黑色沉淀物时发现了纳米级的同轴管状碳纤维,并命名为巴基管(Buckytube),后来被广泛地称之为碳纳米管(Carbon nanotube)。1993年饭岛博士公布了其多样的内部螺旋构造,成为继金刚石、非晶质、石墨、富勒烯之后碳元素的第五种晶体形态。在50 万倍电镜下观察,碳纳米管的横截面是由2个或多个同轴管层组成,层与层相距0.343nm,此距离稍大于石墨中碳原子层之间的距离(0.335 nm)。通过X激光衍射及计算证明碳纳米管的晶体结构为密排六方(h.c.p),a=0.24568nm,c=0.6852nm,c/a=2.786,与石墨相比,a值稍小而c值稍大,预示着同一层碳管内原子间有更强的键合力,同时也预示着碳纳米管有极高的同轴向强度。
        由于纳米碳中独特的晶格排列结构,显示出电、机械、化学等方面的诸多特性,作为下一代产业的新型纳米技术材料,引起世界的广泛关注。

注3)HPC挑战奖、快速傅氏变换(FFT:Fast Fourier Transform)
        由美国设立的“HPC挑战奖”,面向每年召开的“国际高速计算研讨会”的各个科研团体,设立4个奖项,快速傅氏变换即是其中奖项之一。

该研究成果的详情请参考:
http://www.nec.co.jp/press/ja/1012/images/2701-01-01.pdf

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