シミュレーション装置、方法及びプログラム
【課題】パルスレーザによる物質の分解の可否をシミュレーションによって高速に判定できるようすること。
【解決手段】シミュレーション装置は、物質の凝集エネルギーを計算する凝集エネルギー計算部と、物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における物質の内部エネルギーの差を計算する内部エネルギー差計算部と、内部エネルギーの差と凝集エネルギーに基づいて、パルスレーザの照射による物質の分解の可否を判定する判定部と、を備えている。
【解決手段】シミュレーション装置は、物質の凝集エネルギーを計算する凝集エネルギー計算部と、物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における物質の内部エネルギーの差を計算する内部エネルギー差計算部と、内部エネルギーの差と凝集エネルギーに基づいて、パルスレーザの照射による物質の分解の可否を判定する判定部と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション装置、方法及びプログラムに関し、特に、パルスレーザにより物質改変を行うためにパルスレーザの強度と波形を求めるシミュレーション装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェムト秒レーザは、通常の定常的な発振をするレーザと異なり、時間幅１００ｆｓ以下のパルスレーザである。フェムト秒レーザは、従来のレーザよりも桁違いに大きな強度を持つことから、近年物質の加工に応用されつつある。
【０００３】
フェムト秒レーザを用いた材料加工の一例が、非特許文献１に記載されている。非特許文献１に記載されたタングステン蒸着システムは、タングステンヘキサカボニル（Ｗ（ＣＯ）６）ガスを導入する反応チャンバーと、Ｗ蒸着基板（シリカとサファイア）と、基板に照射するパルスレーザを発生する装置（フェムト秒レーザ装置）を含む。
【０００４】
非特許文献１によると、タングステン蒸着は次のようにして行われる。反応チャンバー内に基板を設置し、チャンバー内を０．０３ｍ Ｔｏｒｒの圧力とする。Ｗ（ＣＯ）６ガスと、その導入ガスである窒素（Ｎ２）ガスを導入する。反応チャンバー内に置かれた基板上の決められた位置にスポット状のレーザビームを照射する。照射されたスポット上においてのみ、Ｗ（ＣＯ）６ガス分子の分解が促進される。これによって発生したタングステン（Ｗ）原子が基板に蒸着し、金属上の微粒子を狙った位置に作成することができる。レーザ波長は４００ｎｍとし、レーザ波形は時間幅にして１００ｆｓに設定する。非特許文献１では、これらの設定に加えて、レーザ強度を３４ｍＷに設定したときの結果が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M. Tang, H. Zhang, J. McCoy, and T. Her, “Deposition of Tungsten Induced by Femtosecond Lasers,” in Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference and Photonic Applications Systems Technologies, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2006), paper CMHH5.
【非特許文献２】Patrick Ilg, Hans Christian Oettinger, and Martin Kroeger, “Systematic time-scale-bridging molecular dynamics applied to flowing polymer melts,” Phys. Rev. E79, 011802 (2009).
【非特許文献３】J. Ihm, Alex Zunger and Marvin L Cohen, “Momentum-space formalism for the total energy of solids,” J. Phys. C: Solid State Phys., Vol. 12, 4409 (1979)
【非特許文献４】Yoshiyuki Miyamoto and Hong Zhang, “Testing the numerical stability of time-dependent density functional simulations using the Suzuki-Trotter formula,” Phys. Rev. B77, 165123 (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１においては、レーザ強度を３４ｍＷ以上とすると、Ｗ（ＣＯ）６分子のみならず、金属タングステンまでもが分解し、それ以下のレーザ強度とすると、Ｗ（ＣＯ）６分子の分解が起きなかったことから、非特許文献１（Fig.2）のような蒸着模様を作成するために、試行錯誤の結果として、レーザ強度が３４ｍＷに設定されたと考えられる。
【０００７】
このように試行錯誤を要するパルスレーザ照射を、コンピューターシミュレーションによって予想することもできる。レーザ照射によって引き起こされた局所的温度上昇に伴う物質の構造変化を予測するには、原子一個一個の運動を時間とともに追跡する分子動力学計算が有効である。しかし、非特許文献２のように、分子動力学計算は、長い時間にわたってシミュレーションを行うとともに、熱統計力学的な解析を行う必要があるため、長い計算時間を要する。さらに、計算精度を向上させるために原子間力を第一原理的に決定した場合には、実用に適さないほどの計算時間を要する。
【０００８】
以上のことから、シミュレーションを行うことなく、フェムト秒レーザの波形と強度を最適化する場合には、非特許文献１のように多くの実験を繰り返す必要があるという問題がある。
【０００９】
また、既存のシミュレーション方法によると、好適なフェムト秒レーザの波形と強度を決定するのに長い時間を要するという問題がある。既存のシミュレーション方法によると、実際に実験を行うよりも長い計算時間をかけて、長時間にわたる分子動力学計算を行い、物質の構造変化を予測する必要があるからである。
【００１０】
そこで、パルスレーザによる物質の分解の可否をシミュレーションによって高速に判定することができるようすることが課題となる。本発明の目的は、かかる課題を解決するシミュレーション装置、方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の視点に係るシミュレーション装置は、
物質の凝集エネルギーを計算する凝集エネルギー計算部と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する内部エネルギー差計算部と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定部と、を備えている。
【００１２】
本発明の第２の視点に係るシミュレーション方法は、
コンピュータが、物質の凝集エネルギーを計算する工程と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する工程と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定工程と、を含む。
【００１３】
本発明の第３の視点に係るプログラムは、
物質の凝集エネルギーを計算する処理と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する処理と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定処理と、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るシミュレーション装置、方法及びプログラムによると、パルスレーザによる物質の分解の可否をシミュレーションによって高速に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置によって凝集エネルギーを算出する方法を説明するため図である。
【図３】物質に照射されたパルス強度・波形と、照射によって増加した内部エネルギーを計算した結果を示す図である。
【図４】パルスレーザ照射後の材料の内部エネルギー増加分を計算する際、波形をさまざまに変化させて、計算機実験を行った場合を示す。ここでは、波長は共通の値（８００ｎｍ）とし、パルス幅を異なる幅とした場合の波形を示す。
【図５】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施例におけるパルスレーザの波形を示す図である。
【図８】実施例における物質（カーボンナノチューブ）の構造と電場の分極方向を示す図である。
【図９】実施例における内部エネルギーの差の計算例を示す図である。
【図１０】パルス波形の最大時の電場強度が９Ｖ／Åである場合の分子動力学計算結果を示す図である。
【図１１】パルス波形の最大時の電場強度が１３．６Ｖ／Åである場合の分子動力学計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の展開形態のシミュレーション装置は、上記第１の視点に係るシミュレーション装置であることが好ましい。
【００１７】
第２の展開形態のシミュレーション装置は、判定部が、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定するようにしてもよい。
【００１８】
第３の展開形態のシミュレーション装置は、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する波形・強度決定部をさらに備えていることが好ましい。
【００１９】
第４の展開形態のシミュレーション装置は、前記凝集エネルギー計算部が、第一原理電子状態計算に基づいて前記凝集エネルギーを計算することが好ましい。
【００２０】
第５の展開形態のシミュレーション装置は、前記内部エネルギー差計算部が、第一原理分子動力学計算に基づいて、前記内部エネルギーの差を計算することが好ましい。
【００２１】
第６の展開形態のシミュレーション方法は、上記第２の視点に係るシミュレーション方法であることが好ましい。
【００２２】
第７の展開形態のシミュレーション方法は、前記判定工程において、コンピュータが、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
第８の展開形態のシミュレーション方法は、コンピュータが、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
第９の展開形態のプログラムは、上記第３の視点に係るプログラムであることが好ましい。
【００２５】
第１０の展開形態のプログラムは、前記判定処理において、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することが好ましい。
【００２６】
第１１の展開形態のプログラムは、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する処理をさらにコンピュータに実行させることが好ましい。
【００２７】
（実施形態）
次に、本発明の実施形態に係るシミュレーション装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るシミュレーション装置１０の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、シミュレーション装置１０は、少なくとも、凝集エネルギー計算部１１と、内部エネルギー差計算部１２を備えている。
【００２８】
凝集エネルギー計算部１１は、物質の凝集エネルギーを計算する。内部エネルギー差計算部１２は、当該物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における当該物質の内部エネルギーの差を計算する。判定部１４は、内部エネルギーの差と凝集エネルギーに基づいて、パルスレーザの照射による物質の分解の可否を判定する。
【００２９】
判定部１４は、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定するようにしてもよい。
【００３０】
シミュレーション装置１０は、波形・強度決定部１５をさらに備えていることが好ましい。波形・強度決定部１５は、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する。
【００３１】
凝集エネルギー計算部１１は、第一原理電子状態計算に基づいて凝集エネルギーを計算することが好ましい。また、内部エネルギー差計算部１２は、第一原理分子動力学計算に基づいて、内部エネルギーの差を計算することが好ましい。このとき、物質の凝集エネルギー、及び、パルスレーザ照射前後における内部エネルギー差を精度良く求めることができるからである。
【００３２】
本実施形態においては、第一原理計算を基礎とした方法で計算された物質の凝集エネルギーを用い、レーザ照射時の内部エネルギーの上昇が、材料の凝集エネルギーを越えるか否かに基づいて、レーザ照射による物質の分解の可否を判定する。ここで、材料の内部エネルギーは、一例として、非特許文献３の公式によって計算することができる。
【００３３】
図２は、本実施形態に係るシミュレーション装置によって凝集エネルギーを算出する方法を説明するため図である。図２を参照すると、原子レベルまで分解された状態と、凝集した状態との間における、物質内部エネルギーの差が示されている。この差を、物質の凝集エネルギーという。
【００３４】
一方、レーザ照射時における内部エネルギーの上昇量は、一例として、非特許文献４の公式によって計算することができる。図３は、物質に照射されたパルス強度・波形と、照射によって増加した内部エネルギーを計算した結果を示す図である。図３は、レーザ照射を開始してからレーザ光が完全に減衰するまでのシミュレーション時間（百ｆｓ以下の時間スケール）における、内部エネルギーの上昇を計算した結果を示す。
【００３５】
図３を参照すると、与えたパルスレーザの波形と物質の内部エネルギーの変化とが、同じ時間軸で示されている。ここでは、グラファイト薄膜に、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓのパルスレーザを照射した場合を示す。図３の上段は、パルスレーザの波形を示し、図３の下段は、物質の内部エネルギーの時間変化を計算した結果を示す。図３の下段の点線は、パルスレーザのなす仕事を内部エネルギー変化から差し引いた値が保存する様子を示す（非特許文献４参照）。なお、図３における計算対象物質は、一例として、グラファイト薄膜としたが、どのような物質においても内部エネルギー上昇は生じる。
【００３６】
図３の上段と下段を参照すると、パルスレーザが十分に減衰したときの内部エネルギー
とパルスレーザが照射されていない初期状態における内部エネルギーとの差が、パルスレーザ照射による内部エネルギーの上昇分に相当する。
【００３７】
図２の凝集エネルギーと、図３に示した特定の波形・強度のパルスレーザを照射した際の内部エネルギー上昇量は、物質ごとに異なる固有の値となる。図３に示した内部エネルギーの上昇分が、図２に示した凝集エネルギーよりも大きい場合には、パルスレーザ照射によって、物質が分解するものと判定することができる。したがって、図３に示した、パルスレーザが十分に減衰した時刻（図３の上段参照）よりも長時間のシミュレーションを行う必要はない。
【００３８】
図４は、パルスレーザ照射後の材料の内部エネルギー増加分を計算する際、波形をさまざまに変化させた場合を示す。図４を参照すると、波長は共通の値（８００ｎｍ）とし、パルス幅を異なる幅とした場合の波形が示されている。本実施形態のシミュレーション装置によると、図４のようにパルスの波長は８００ｎｍのままとしてパルス波形を変化させるか、又は、同じ波形のままパルス強度を変化させた場合の物質の内部エネルギーの上昇を計算することもできる。このようなシミュレーションによると、特定の物資だけを分解するのに適したパルス波形を実験を行うことなく求めることができる。
【００３９】
本実施形態のシミュレーション装置の動作について図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。
【００４０】
図５を参照すると、凝集エネルギー計算部１１は、図２に示した凝集エネルギーＥｃを計算する（ステップＳ１）。一方、内部エネルギー差計算部１２は、図３に示した内部エネルギーの上昇量Ｅｐを計算する（ステップＳ２）。判定部１４は、凝集エネルギーＥｃと内部エネルギーの上昇量Ｅｐを比較する（ステップＳ３）。判定部１４は、Ｅｃ＜Ｅｐである場合には、パルスレーザを照射した物質が融解するものと判定し、それ以外の場合には、当該物質が融解しないものと判定する（ステップＳ３）。以上の動作により、シミュレーション装置１０は、最終的に、物質を分解させるためのパルスレーザの波形と強度を決定する。
【００４１】
シミュレーション装置１０の動作について、さらに詳細に説明する。まず、凝集エネルギー計算部１１は、例えば非特許文献３の方法に基づいて、特定材料の凝集エネルギーを計算する（ステップＳ１）。次に、内部エネルギー差計算部１２は、実験的に発生可能な範囲で照射パルスレーザの波形と強度を設定し、材料に照射した際の内部エネルギー上昇を計算する（ステップＳ２）。
【００４２】
判定部１４は、パルスレーザによって上昇した内部エネルギーと凝集エネルギーとを比較して、凝集エネルギーの方が大きい場合には物質は分解せず、上昇した内部エネルギーのほうが大きい場合には物質は分解するものと判定する（ステップＳ３）。
【００４３】
さらに、本実施形態のシミュレーション装置１０によって、様々な物質のうちの狙った物質だけを選択的に分解・除去するためのパルスレーザの強度と波形を決定する方法について説明する。図６は、本実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。特に、図６は、さまざまな物質について、分解に必要なパルスレーザの強度と波形を選定するためのフローチャートを示している。
【００４４】
図６を参照すると、波形・強度決定部１５は、所定の強度と波形のレーザパルスの強度と波形を設計し、複数の物質のそれぞれに設計したレーザパルスを照射した場合の内部エネルギーの上昇量を求める（ステップＳ１１）。ここでは、一例として、レーザパルスを照射する物質を物質Ａ及び物質Ｂとする。
【００４５】
波形・強度決定部１５は、物質Ａにおける内部エネルギーの上昇量が、物質Ａの凝集エネルギーよりも大きい場合には物質Ａは融解し、それ以外の場合には融解しないものと判定する（ステップＳ１２）。同様に、波形・強度決定部１５は、物質Ｂにおける内部エネルギーの上昇量が、物質Ｂの凝集エネルギーよりも大きい場合には物質Ｂは融解し、それ以外の場合には融解しないものと判定する（ステップＳ１３）。
【００４６】
波形・強度決定部１５は、上記のステップＳ１２、Ｓ１３において、一部の物質のみが選択的に融解したか否かを判定する（ステップＳ１４）。一例として、波形・強度決定部１５によって、物質Ａのみが融解し、物質Ｂは融解しないものと判定された場合には（ステップＳ１４のＹｅｓ）、シミュレーションにおいて用いられたレーザパルスの強度と波形に基づいて、実験を行うようにしてもよい。
【００４７】
本実施形態のシミュレーション装置１０によると、実験を行う以前に、レーザ照射による物質の分解の可否を予測することができる。内部エネルギー差計算部１２によって、所定のパルスレーザを照射した場合における、物質の内部エネルギーの上昇量を算出することができるからである。
【００４８】
また、本実施形態のシミュレーション装置１０によると、特定の物質のみを分解するための、レーザの強度と波形を決定することができる。物質ごとに異なるレーザ照射による内部エネルギー上昇量を、シミュレーションによって予測することができるからである。
【００４９】
さらに、本実施形態のシミュレーション装置１０によると、分子動力学計算のような長時間の計算（例えば、数１０ｐｓ（１ｐｓは１０のマイナス１２乗秒）に及ぶシミュレーション時間）を要しない。内部エネルギーの上昇分を求めるには、レーザ照射時間と同程度の時間スケール（例えば、数１００ｆｓ（１ｆｓは１０のマイナス１５乗秒）のシミュレーションで十分であり、その後の原子の運動によって物質の分解が生じるか否かは、エネルギー保存の法則によって即座に判定することができるからである。
【実施例】
【００５０】
次に、具体的な実施例に基づいて、本発明の説明を行う。
【００５１】
図７は、本実施例におけるパルスレーザの波形を示す図である。本実施例では、図７に示した波形、すなわち、波長８００ｎｍの超短パルスレーザを照射して、カーボンナノチューブを分解させるのに必要なパルス強度を決定した場合について説明する。
【００５２】
図８は、本実施例における物質（カーボンナノチューブ）の構造と電場の分極方向を示す図である。図８を参照すると、パルスレーザの電場の分極方向と、カーボンナノチューブ（図８においては、（８、０）チューブ）の軸方向の関係が示されている。図８を参照すると、カーボンナノチューブ軸に垂直な方向に分極した電場が印加されている。
【００５３】
図９は、本実施例における内部エネルギーの差の計算例を示す図である。図９は、図７に示した波形の電場の強度が最大となった瞬間の電場強度が９Ｖ／Åの場合と、１３．６Ｖ／Åの場合について計算されたナノチューブ内部エネルギーを示す（この場合、炭素原子６４個分に相当するサイズの内部エネルギーである）。ここでは、非特許文献４の方法に基づいてパルスが減衰するまでに、内部エネルギーがどれだけ増大するかを計算した結果を示す。
【００５４】
内部エネルギーの変化は、非特許文献４の式（１０）、すなわち、
を時刻ｔについて数値積分することによって、求めることができる。ここで、外部電場
を
によって表したときの外部電荷密度を
とした。一方、
は電子の電荷密度を表し、
及び
は、それぞれ、電子及びＩ番目のイオンの座標を表す。また、ＺＩはＩ番目のイオンの原子価電荷（valence charge）を表す。なお、これらの物理量を計算する手順の詳細については、非特許文献４を参照されたい。
【００５５】
図９に示した数値計算は、非常に短い時間しか行っていない。しかしながら、本発明のシミュレーション装置によると、このような短い時間のシミュレーション結果に基づいて、ナノチューブの分解の可否を判定することができる。
【００５６】
図９を参照すると、電場の強度が最大となった瞬間の電場強度が９Ｖ／Åの場合には、内部エネルギーの増大量は４００ｅＶ／６４炭素原子にすぎない。このような内部エネルギーの増大量は、ナノチューブの凝集エネルギーによると、ナノチューブを分解させるには不十分であることが計算上知られている（図８に示した、ＣＮＴ（（８、０）チューブ）では、原子１個当たり７〜８ｅＶ程度である。）。
【００５７】
一方、電場の居度が最大となった瞬間の電場強度が１３．６Ｖ／Åの場合には、内部エネルギーの増大量は６００ｅＶ／６４炭素原子となり、これは、ナノチューブの凝集エネルギーを上回るものである。
【００５８】
図１０及び図１１は、このことを確かめるために、長時間の分子動力学計算を行った計算結果を示す。図１０は、長時間の分子動力学計算により、パルス波形の最大時の電場強度が９Ｖ／Åである場合に、ナノチューブが分解しないことを確認した結果を示す。一方、図１１は、長時間の分子動力学計算により、パルス波形の最大時の電場強度が１３．６Ｖ／Åである場合にナノチューブが分解することを確認した結果を示す。
【００５９】
図１０を参照すると、パルスレーザの照射によってナノチューブは大きく変形するものの、円筒形を保持している。一方、図１１を参照すると、９０ｆｓにおいて、ナノチューブが分解する様子が分子動力学によって確認されている。なお、本発明によると、図１０及び図１１に示したような長時間にわたって分子動力学計算を実行する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のシミュレーション装置、方法及びプログラムは、フェムト秒レーザを用いて特定の物質だけを分解するためのレーザ強度と波形を、計算機によって予測するのに用いることができる。
【００６１】
本発明のシミュレーション装置、方法及びプログラムによると、例えば、パルスレーザを用いて溶接又は切削を行う際に、材料に適したレーザ強度と波形をシミュレーションで予測することができる。したがって、実際に試行錯誤を行って、好適なパルスレーザの強度と波形を決定する作業を大幅に軽減することができる。
【００６２】
また、微細構造を有する複合材料から成るデバイスを製造する場合に、材料を選択的に取り除くプロセスにおいて、本発明のシミュレーション装置、方法及びプログラムによって予測された好適な強度と波形を有するパルスレーザの照射を行うこともできる。なお、パルスレーザを用いた加工技術は、エッチング材料などの環境負荷材料を削減する効果ももたらす。
【符号の説明】
【００６３】
１ 分解された物質
２ 凝集状態の物質
３ 分解された物質の内部エネルギー
４ 凝集状態の物質の内部エネルギー
５ 内部エネルギー上昇量
６ カーボンナノチューブ
７ 分極方向
１０ シミュレーション装置
１１ 凝集エネルギー計算部
１２ 内部エネルギー差計算部
１４ 判定部
１５ 波形・強度決定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション装置、方法及びプログラムに関し、特に、パルスレーザにより物質改変を行うためにパルスレーザの強度と波形を求めるシミュレーション装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェムト秒レーザは、通常の定常的な発振をするレーザと異なり、時間幅１００ｆｓ以下のパルスレーザである。フェムト秒レーザは、従来のレーザよりも桁違いに大きな強度を持つことから、近年物質の加工に応用されつつある。
【０００３】
フェムト秒レーザを用いた材料加工の一例が、非特許文献１に記載されている。非特許文献１に記載されたタングステン蒸着システムは、タングステンヘキサカボニル（Ｗ（ＣＯ）６）ガスを導入する反応チャンバーと、Ｗ蒸着基板（シリカとサファイア）と、基板に照射するパルスレーザを発生する装置（フェムト秒レーザ装置）を含む。
【０００４】
非特許文献１によると、タングステン蒸着は次のようにして行われる。反応チャンバー内に基板を設置し、チャンバー内を０．０３ｍ Ｔｏｒｒの圧力とする。Ｗ（ＣＯ）６ガスと、その導入ガスである窒素（Ｎ２）ガスを導入する。反応チャンバー内に置かれた基板上の決められた位置にスポット状のレーザビームを照射する。照射されたスポット上においてのみ、Ｗ（ＣＯ）６ガス分子の分解が促進される。これによって発生したタングステン（Ｗ）原子が基板に蒸着し、金属上の微粒子を狙った位置に作成することができる。レーザ波長は４００ｎｍとし、レーザ波形は時間幅にして１００ｆｓに設定する。非特許文献１では、これらの設定に加えて、レーザ強度を３４ｍＷに設定したときの結果が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M. Tang, H. Zhang, J. McCoy, and T. Her, “Deposition of Tungsten Induced by Femtosecond Lasers,” in Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference and Photonic Applications Systems Technologies, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2006), paper CMHH5.
【非特許文献２】Patrick Ilg, Hans Christian Oettinger, and Martin Kroeger, “Systematic time-scale-bridging molecular dynamics applied to flowing polymer melts,” Phys. Rev. E79, 011802 (2009).
【非特許文献３】J. Ihm, Alex Zunger and Marvin L Cohen, “Momentum-space formalism for the total energy of solids,” J. Phys. C: Solid State Phys., Vol. 12, 4409 (1979)
【非特許文献４】Yoshiyuki Miyamoto and Hong Zhang, “Testing the numerical stability of time-dependent density functional simulations using the Suzuki-Trotter formula,” Phys. Rev. B77, 165123 (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１においては、レーザ強度を３４ｍＷ以上とすると、Ｗ（ＣＯ）６分子のみならず、金属タングステンまでもが分解し、それ以下のレーザ強度とすると、Ｗ（ＣＯ）６分子の分解が起きなかったことから、非特許文献１（Fig.2）のような蒸着模様を作成するために、試行錯誤の結果として、レーザ強度が３４ｍＷに設定されたと考えられる。
【０００７】
このように試行錯誤を要するパルスレーザ照射を、コンピューターシミュレーションによって予想することもできる。レーザ照射によって引き起こされた局所的温度上昇に伴う物質の構造変化を予測するには、原子一個一個の運動を時間とともに追跡する分子動力学計算が有効である。しかし、非特許文献２のように、分子動力学計算は、長い時間にわたってシミュレーションを行うとともに、熱統計力学的な解析を行う必要があるため、長い計算時間を要する。さらに、計算精度を向上させるために原子間力を第一原理的に決定した場合には、実用に適さないほどの計算時間を要する。
【０００８】
以上のことから、シミュレーションを行うことなく、フェムト秒レーザの波形と強度を最適化する場合には、非特許文献１のように多くの実験を繰り返す必要があるという問題がある。
【０００９】
また、既存のシミュレーション方法によると、好適なフェムト秒レーザの波形と強度を決定するのに長い時間を要するという問題がある。既存のシミュレーション方法によると、実際に実験を行うよりも長い計算時間をかけて、長時間にわたる分子動力学計算を行い、物質の構造変化を予測する必要があるからである。
【００１０】
そこで、パルスレーザによる物質の分解の可否をシミュレーションによって高速に判定することができるようすることが課題となる。本発明の目的は、かかる課題を解決するシミュレーション装置、方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の視点に係るシミュレーション装置は、
物質の凝集エネルギーを計算する凝集エネルギー計算部と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する内部エネルギー差計算部と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定部と、を備えている。
【００１２】
本発明の第２の視点に係るシミュレーション方法は、
コンピュータが、物質の凝集エネルギーを計算する工程と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する工程と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定工程と、を含む。
【００１３】
本発明の第３の視点に係るプログラムは、
物質の凝集エネルギーを計算する処理と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する処理と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定処理と、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るシミュレーション装置、方法及びプログラムによると、パルスレーザによる物質の分解の可否をシミュレーションによって高速に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置によって凝集エネルギーを算出する方法を説明するため図である。
【図３】物質に照射されたパルス強度・波形と、照射によって増加した内部エネルギーを計算した結果を示す図である。
【図４】パルスレーザ照射後の材料の内部エネルギー増加分を計算する際、波形をさまざまに変化させて、計算機実験を行った場合を示す。ここでは、波長は共通の値（８００ｎｍ）とし、パルス幅を異なる幅とした場合の波形を示す。
【図５】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施例におけるパルスレーザの波形を示す図である。
【図８】実施例における物質（カーボンナノチューブ）の構造と電場の分極方向を示す図である。
【図９】実施例における内部エネルギーの差の計算例を示す図である。
【図１０】パルス波形の最大時の電場強度が９Ｖ／Åである場合の分子動力学計算結果を示す図である。
【図１１】パルス波形の最大時の電場強度が１３．６Ｖ／Åである場合の分子動力学計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の展開形態のシミュレーション装置は、上記第１の視点に係るシミュレーション装置であることが好ましい。
【００１７】
第２の展開形態のシミュレーション装置は、判定部が、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定するようにしてもよい。
【００１８】
第３の展開形態のシミュレーション装置は、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する波形・強度決定部をさらに備えていることが好ましい。
【００１９】
第４の展開形態のシミュレーション装置は、前記凝集エネルギー計算部が、第一原理電子状態計算に基づいて前記凝集エネルギーを計算することが好ましい。
【００２０】
第５の展開形態のシミュレーション装置は、前記内部エネルギー差計算部が、第一原理分子動力学計算に基づいて、前記内部エネルギーの差を計算することが好ましい。
【００２１】
第６の展開形態のシミュレーション方法は、上記第２の視点に係るシミュレーション方法であることが好ましい。
【００２２】
第７の展開形態のシミュレーション方法は、前記判定工程において、コンピュータが、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
第８の展開形態のシミュレーション方法は、コンピュータが、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
第９の展開形態のプログラムは、上記第３の視点に係るプログラムであることが好ましい。
【００２５】
第１０の展開形態のプログラムは、前記判定処理において、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することが好ましい。
【００２６】
第１１の展開形態のプログラムは、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する処理をさらにコンピュータに実行させることが好ましい。
【００２７】
（実施形態）
次に、本発明の実施形態に係るシミュレーション装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るシミュレーション装置１０の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、シミュレーション装置１０は、少なくとも、凝集エネルギー計算部１１と、内部エネルギー差計算部１２を備えている。
【００２８】
凝集エネルギー計算部１１は、物質の凝集エネルギーを計算する。内部エネルギー差計算部１２は、当該物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における当該物質の内部エネルギーの差を計算する。判定部１４は、内部エネルギーの差と凝集エネルギーに基づいて、パルスレーザの照射による物質の分解の可否を判定する。
【００２９】
判定部１４は、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定するようにしてもよい。
【００３０】
シミュレーション装置１０は、波形・強度決定部１５をさらに備えていることが好ましい。波形・強度決定部１５は、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する。
【００３１】
凝集エネルギー計算部１１は、第一原理電子状態計算に基づいて凝集エネルギーを計算することが好ましい。また、内部エネルギー差計算部１２は、第一原理分子動力学計算に基づいて、内部エネルギーの差を計算することが好ましい。このとき、物質の凝集エネルギー、及び、パルスレーザ照射前後における内部エネルギー差を精度良く求めることができるからである。
【００３２】
本実施形態においては、第一原理計算を基礎とした方法で計算された物質の凝集エネルギーを用い、レーザ照射時の内部エネルギーの上昇が、材料の凝集エネルギーを越えるか否かに基づいて、レーザ照射による物質の分解の可否を判定する。ここで、材料の内部エネルギーは、一例として、非特許文献３の公式によって計算することができる。
【００３３】
図２は、本実施形態に係るシミュレーション装置によって凝集エネルギーを算出する方法を説明するため図である。図２を参照すると、原子レベルまで分解された状態と、凝集した状態との間における、物質内部エネルギーの差が示されている。この差を、物質の凝集エネルギーという。
【００３４】
一方、レーザ照射時における内部エネルギーの上昇量は、一例として、非特許文献４の公式によって計算することができる。図３は、物質に照射されたパルス強度・波形と、照射によって増加した内部エネルギーを計算した結果を示す図である。図３は、レーザ照射を開始してからレーザ光が完全に減衰するまでのシミュレーション時間（百ｆｓ以下の時間スケール）における、内部エネルギーの上昇を計算した結果を示す。
【００３５】
図３を参照すると、与えたパルスレーザの波形と物質の内部エネルギーの変化とが、同じ時間軸で示されている。ここでは、グラファイト薄膜に、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓのパルスレーザを照射した場合を示す。図３の上段は、パルスレーザの波形を示し、図３の下段は、物質の内部エネルギーの時間変化を計算した結果を示す。図３の下段の点線は、パルスレーザのなす仕事を内部エネルギー変化から差し引いた値が保存する様子を示す（非特許文献４参照）。なお、図３における計算対象物質は、一例として、グラファイト薄膜としたが、どのような物質においても内部エネルギー上昇は生じる。
【００３６】
図３の上段と下段を参照すると、パルスレーザが十分に減衰したときの内部エネルギー
とパルスレーザが照射されていない初期状態における内部エネルギーとの差が、パルスレーザ照射による内部エネルギーの上昇分に相当する。
【００３７】
図２の凝集エネルギーと、図３に示した特定の波形・強度のパルスレーザを照射した際の内部エネルギー上昇量は、物質ごとに異なる固有の値となる。図３に示した内部エネルギーの上昇分が、図２に示した凝集エネルギーよりも大きい場合には、パルスレーザ照射によって、物質が分解するものと判定することができる。したがって、図３に示した、パルスレーザが十分に減衰した時刻（図３の上段参照）よりも長時間のシミュレーションを行う必要はない。
【００３８】
図４は、パルスレーザ照射後の材料の内部エネルギー増加分を計算する際、波形をさまざまに変化させた場合を示す。図４を参照すると、波長は共通の値（８００ｎｍ）とし、パルス幅を異なる幅とした場合の波形が示されている。本実施形態のシミュレーション装置によると、図４のようにパルスの波長は８００ｎｍのままとしてパルス波形を変化させるか、又は、同じ波形のままパルス強度を変化させた場合の物質の内部エネルギーの上昇を計算することもできる。このようなシミュレーションによると、特定の物資だけを分解するのに適したパルス波形を実験を行うことなく求めることができる。
【００３９】
本実施形態のシミュレーション装置の動作について図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。
【００４０】
図５を参照すると、凝集エネルギー計算部１１は、図２に示した凝集エネルギーＥｃを計算する（ステップＳ１）。一方、内部エネルギー差計算部１２は、図３に示した内部エネルギーの上昇量Ｅｐを計算する（ステップＳ２）。判定部１４は、凝集エネルギーＥｃと内部エネルギーの上昇量Ｅｐを比較する（ステップＳ３）。判定部１４は、Ｅｃ＜Ｅｐである場合には、パルスレーザを照射した物質が融解するものと判定し、それ以外の場合には、当該物質が融解しないものと判定する（ステップＳ３）。以上の動作により、シミュレーション装置１０は、最終的に、物質を分解させるためのパルスレーザの波形と強度を決定する。
【００４１】
シミュレーション装置１０の動作について、さらに詳細に説明する。まず、凝集エネルギー計算部１１は、例えば非特許文献３の方法に基づいて、特定材料の凝集エネルギーを計算する（ステップＳ１）。次に、内部エネルギー差計算部１２は、実験的に発生可能な範囲で照射パルスレーザの波形と強度を設定し、材料に照射した際の内部エネルギー上昇を計算する（ステップＳ２）。
【００４２】
判定部１４は、パルスレーザによって上昇した内部エネルギーと凝集エネルギーとを比較して、凝集エネルギーの方が大きい場合には物質は分解せず、上昇した内部エネルギーのほうが大きい場合には物質は分解するものと判定する（ステップＳ３）。
【００４３】
さらに、本実施形態のシミュレーション装置１０によって、様々な物質のうちの狙った物質だけを選択的に分解・除去するためのパルスレーザの強度と波形を決定する方法について説明する。図６は、本実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。特に、図６は、さまざまな物質について、分解に必要なパルスレーザの強度と波形を選定するためのフローチャートを示している。
【００４４】
図６を参照すると、波形・強度決定部１５は、所定の強度と波形のレーザパルスの強度と波形を設計し、複数の物質のそれぞれに設計したレーザパルスを照射した場合の内部エネルギーの上昇量を求める（ステップＳ１１）。ここでは、一例として、レーザパルスを照射する物質を物質Ａ及び物質Ｂとする。
【００４５】
波形・強度決定部１５は、物質Ａにおける内部エネルギーの上昇量が、物質Ａの凝集エネルギーよりも大きい場合には物質Ａは融解し、それ以外の場合には融解しないものと判定する（ステップＳ１２）。同様に、波形・強度決定部１５は、物質Ｂにおける内部エネルギーの上昇量が、物質Ｂの凝集エネルギーよりも大きい場合には物質Ｂは融解し、それ以外の場合には融解しないものと判定する（ステップＳ１３）。
【００４６】
波形・強度決定部１５は、上記のステップＳ１２、Ｓ１３において、一部の物質のみが選択的に融解したか否かを判定する（ステップＳ１４）。一例として、波形・強度決定部１５によって、物質Ａのみが融解し、物質Ｂは融解しないものと判定された場合には（ステップＳ１４のＹｅｓ）、シミュレーションにおいて用いられたレーザパルスの強度と波形に基づいて、実験を行うようにしてもよい。
【００４７】
本実施形態のシミュレーション装置１０によると、実験を行う以前に、レーザ照射による物質の分解の可否を予測することができる。内部エネルギー差計算部１２によって、所定のパルスレーザを照射した場合における、物質の内部エネルギーの上昇量を算出することができるからである。
【００４８】
また、本実施形態のシミュレーション装置１０によると、特定の物質のみを分解するための、レーザの強度と波形を決定することができる。物質ごとに異なるレーザ照射による内部エネルギー上昇量を、シミュレーションによって予測することができるからである。
【００４９】
さらに、本実施形態のシミュレーション装置１０によると、分子動力学計算のような長時間の計算（例えば、数１０ｐｓ（１ｐｓは１０のマイナス１２乗秒）に及ぶシミュレーション時間）を要しない。内部エネルギーの上昇分を求めるには、レーザ照射時間と同程度の時間スケール（例えば、数１００ｆｓ（１ｆｓは１０のマイナス１５乗秒）のシミュレーションで十分であり、その後の原子の運動によって物質の分解が生じるか否かは、エネルギー保存の法則によって即座に判定することができるからである。
【実施例】
【００５０】
次に、具体的な実施例に基づいて、本発明の説明を行う。
【００５１】
図７は、本実施例におけるパルスレーザの波形を示す図である。本実施例では、図７に示した波形、すなわち、波長８００ｎｍの超短パルスレーザを照射して、カーボンナノチューブを分解させるのに必要なパルス強度を決定した場合について説明する。
【００５２】
図８は、本実施例における物質（カーボンナノチューブ）の構造と電場の分極方向を示す図である。図８を参照すると、パルスレーザの電場の分極方向と、カーボンナノチューブ（図８においては、（８、０）チューブ）の軸方向の関係が示されている。図８を参照すると、カーボンナノチューブ軸に垂直な方向に分極した電場が印加されている。
【００５３】
図９は、本実施例における内部エネルギーの差の計算例を示す図である。図９は、図７に示した波形の電場の強度が最大となった瞬間の電場強度が９Ｖ／Åの場合と、１３．６Ｖ／Åの場合について計算されたナノチューブ内部エネルギーを示す（この場合、炭素原子６４個分に相当するサイズの内部エネルギーである）。ここでは、非特許文献４の方法に基づいてパルスが減衰するまでに、内部エネルギーがどれだけ増大するかを計算した結果を示す。
【００５４】
内部エネルギーの変化は、非特許文献４の式（１０）、すなわち、
を時刻ｔについて数値積分することによって、求めることができる。ここで、外部電場
を
によって表したときの外部電荷密度を
とした。一方、
は電子の電荷密度を表し、
及び
は、それぞれ、電子及びＩ番目のイオンの座標を表す。また、ＺＩはＩ番目のイオンの原子価電荷（valence charge）を表す。なお、これらの物理量を計算する手順の詳細については、非特許文献４を参照されたい。
【００５５】
図９に示した数値計算は、非常に短い時間しか行っていない。しかしながら、本発明のシミュレーション装置によると、このような短い時間のシミュレーション結果に基づいて、ナノチューブの分解の可否を判定することができる。
【００５６】
図９を参照すると、電場の強度が最大となった瞬間の電場強度が９Ｖ／Åの場合には、内部エネルギーの増大量は４００ｅＶ／６４炭素原子にすぎない。このような内部エネルギーの増大量は、ナノチューブの凝集エネルギーによると、ナノチューブを分解させるには不十分であることが計算上知られている（図８に示した、ＣＮＴ（（８、０）チューブ）では、原子１個当たり７〜８ｅＶ程度である。）。
【００５７】
一方、電場の居度が最大となった瞬間の電場強度が１３．６Ｖ／Åの場合には、内部エネルギーの増大量は６００ｅＶ／６４炭素原子となり、これは、ナノチューブの凝集エネルギーを上回るものである。
【００５８】
図１０及び図１１は、このことを確かめるために、長時間の分子動力学計算を行った計算結果を示す。図１０は、長時間の分子動力学計算により、パルス波形の最大時の電場強度が９Ｖ／Åである場合に、ナノチューブが分解しないことを確認した結果を示す。一方、図１１は、長時間の分子動力学計算により、パルス波形の最大時の電場強度が１３．６Ｖ／Åである場合にナノチューブが分解することを確認した結果を示す。
【００５９】
図１０を参照すると、パルスレーザの照射によってナノチューブは大きく変形するものの、円筒形を保持している。一方、図１１を参照すると、９０ｆｓにおいて、ナノチューブが分解する様子が分子動力学によって確認されている。なお、本発明によると、図１０及び図１１に示したような長時間にわたって分子動力学計算を実行する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のシミュレーション装置、方法及びプログラムは、フェムト秒レーザを用いて特定の物質だけを分解するためのレーザ強度と波形を、計算機によって予測するのに用いることができる。
【００６１】
本発明のシミュレーション装置、方法及びプログラムによると、例えば、パルスレーザを用いて溶接又は切削を行う際に、材料に適したレーザ強度と波形をシミュレーションで予測することができる。したがって、実際に試行錯誤を行って、好適なパルスレーザの強度と波形を決定する作業を大幅に軽減することができる。
【００６２】
また、微細構造を有する複合材料から成るデバイスを製造する場合に、材料を選択的に取り除くプロセスにおいて、本発明のシミュレーション装置、方法及びプログラムによって予測された好適な強度と波形を有するパルスレーザの照射を行うこともできる。なお、パルスレーザを用いた加工技術は、エッチング材料などの環境負荷材料を削減する効果ももたらす。
【符号の説明】
【００６３】
１ 分解された物質
２ 凝集状態の物質
３ 分解された物質の内部エネルギー
４ 凝集状態の物質の内部エネルギー
５ 内部エネルギー上昇量
６ カーボンナノチューブ
７ 分極方向
１０ シミュレーション装置
１１ 凝集エネルギー計算部
１２ 内部エネルギー差計算部
１４ 判定部
１５ 波形・強度決定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の凝集エネルギーを計算する凝集エネルギー計算部と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する内部エネルギー差計算部と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定部と、を備えていることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することを特徴とする、請求項１に記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する波形・強度決定部をさらに備えていることを特徴とする、請求項２に記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記凝集エネルギー計算部は、第一原理電子状態計算に基づいて前記凝集エネルギーを計算することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記内部エネルギー差計算部は、第一原理分子動力学計算に基づいて、前記内部エネルギーの差を計算することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
コンピュータが、物質の凝集エネルギーを計算する工程と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する工程と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定工程と、を含むことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項７】
前記判定工程において、コンピュータが、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することを特徴とする、請求項６に記載のシミュレーション方法。
【請求項８】
コンピュータが、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のシミュレーション方法。
【請求項９】
物質の凝集エネルギーを計算する処理と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する処理と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
前記判定処理において、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することを特徴とする、請求項９に記載のプログラム。
【請求項１１】
複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする、請求項１０に記載のプログラム。
【請求項１】
物質の凝集エネルギーを計算する凝集エネルギー計算部と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する内部エネルギー差計算部と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定部と、を備えていることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することを特徴とする、請求項１に記載のシミュレーション装置。
【請求項３】
複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する波形・強度決定部をさらに備えていることを特徴とする、請求項２に記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記凝集エネルギー計算部は、第一原理電子状態計算に基づいて前記凝集エネルギーを計算することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記内部エネルギー差計算部は、第一原理分子動力学計算に基づいて、前記内部エネルギーの差を計算することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【請求項６】
コンピュータが、物質の凝集エネルギーを計算する工程と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する工程と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定工程と、を含むことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項７】
前記判定工程において、コンピュータが、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することを特徴とする、請求項６に記載のシミュレーション方法。
【請求項８】
コンピュータが、複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のシミュレーション方法。
【請求項９】
物質の凝集エネルギーを計算する処理と、
前記物質に所定の波形と強度を有するパルスレーザを照射する前後における前記物質の内部エネルギーの差を計算する処理と、
前記内部エネルギーの差と前記凝集エネルギーに基づいて、前記パルスレーザの照射による前記物質の分解の可否を判定する判定処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
前記判定処理において、前記内部エネルギーの差が前記凝集エネルギーよりも大きい場合には、前記パルスレーザの照射によって前記物質が分解するものと判定することを特徴とする、請求項９に記載のプログラム。
【請求項１１】
複数の物質のうちの一部のものを選択的に分解するためのパルスレーザの波形と強度を決定する処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする、請求項１０に記載のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３３４７６（Ｐ２０１１−３３４７６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８００２４（Ｐ２００９−１８００２４）
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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