Research

現在、ナノ材料研究等において、実構造を反映した数nmサイズの系を高精度に取り扱い可能な電子状態計算手法が必要となっています。平面波基底(PW)に基づく計算手法は周期境界条件を利用することで固体や表面モデルの電子状態計算に広く利用されていますが、金属ナノ粒子への吸着や化学反応といった不均一反応場での局所的な化学・物理現象に対して十分な精度を与えていると言い難い場合もあります。一方、局在基底(LO)に基づく計算手法は高精度な電子状態計算が可能で、軌道の概念から化学現象を理解するうえで有用な情報を得ることが期待できますが、大規模計算への単純な拡張が容易ではありません。私たちは、金属などの電子状態計算にはPW、局所的な電子状態計算にはLOを用いる平面波局在基底ハイブリッド電子状態計算手法(CPLB法)を開発しています。

重水素は水素の同位体であるため、質量の違いを除き化学的・物理的性質はほぼ等価である、と考えられていました。しかしながら、水素結合構造や化学反応、イオン化エネルギーなどの電子物性が水素・重水素化物質で大きく異なることは実験的な多くの報告から明らかです。このような問題を電子状態計算で解明するためには重水素化物質の電子状態を正しく記述する必要がありますが、Born-Oppenheimer(BO)近似に従う現在の電子状態計算は、重水素原子核の影響を取り込むことが困難です。我々は、これまでに開発してきたnon-BO型の電子状態計算手法を発展・深化させ、高精度・大規模計算を可能とする理論の開発・実装に取り組んでいます。

省エネルギー社会の実現や大幅やCO2放出量削減のためには、革新材料の創出を実現することが不可欠ではありますが、例えば、熱マネジメント材料で重要な耐熱性と熱伝導率といった背反する両者の特性を同時に向上させることは、もはや勘と経験に頼った従来型の材料開発では限界があります。産業の基盤である材料に対する要求が高度化・多様化する中で、迅速かつ高効率に既存材料の機能を大幅に上回る革新的な材料設計を実現するために、我々は、材料の機能・性質といった本質的・基礎的理解を徹底的に推進するための材料モデルベース研究(材料MBR)という新たな材料開発アプローチを提案しています。材料MBRでは、ミクロの領域での高度な観測や分子シミュレーションによって、原子・分子スケールでの材料の機能・特性を理解し、数式モデルを構築し、得られた数式モデルに基づき要求性能を満たす材料を提案し、実験系研究室との連携で合成・検証していきます。

産業界との連携による課題解決型の基礎研究にも積極的に取り組んでいます。お気軽にご連絡ください。