RESEARCH
新材料構造検索
電子伝導計算
イオン伝導計算
触媒反応計算
デバイスシミュレーション
量子アルゴリズム開発
ネットワーク最適設計
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【新材料構造探索】
新材料を計算機シミュレーションにより探索する手法は複数ありますが、当研究室では元素種情報のみから安定組成と安定構造を求めることができる第一原理計算に立脚した遺伝的アルゴリズム構造生成を行っております。同手法を用いることで、バルク構造、表面構造、シート構造、ナノクラスター構造等の探索が可能です。当研究室のこれまでの探索実績として、新エレクトライド、ボロンを含んだ新MAX相化合物、二次元化合物、などがあります。
【電子伝導計算】
材料中における電子の動きは電子デバイスの設計において重要であるばかりでなく、材料の全般的電子機能を理解し予測するうえで重要です。電子状態計算として標準的なバンド計算による伝導性の評価はもちろん、時間依存シュレディンガー方程式を用いた波動関数の実時間発展、非平衡グリーン関数法を用いたスピン依存の電子トンネリングのシミュレーションを行っております。
【イオン伝導計算】
イオン伝導は、その言葉通り材料中をイオンが移動/拡散する現象であり、エネルギー変換材料の開発においてきわめて重要な過程です。イオン伝導シミュレーションにはいくつか手法がありますが、当研究室では第一原理分子動力学計算、ニューラルネットワークポテンシャル分子動力学計算、動的モンテカルロ計算を実施しており、酸素イオン伝導体、プロトン伝導体、ヒドリド伝導体の計算に実績があります。
【触媒反応計算】
化学反応は物質変換の要であり、それを効率よく達成する上で触媒は必須です。当研究室では、第一原理計算による反応計算（反応の遷移状態決定）や第一原理分子動力学計算（ダイナミクス）などにより反応経路探索を実施しております。これまでの実績として、ポリマー重合反応、エレクトライドを利用したアンモニア合成/分解反応計算等があります。
【デバイスシミュレーション】
材料の安定性、物性、反応性等に関して十分な精度で結果を得ることが可能となってきておりますが、デバイスシミュレーションのためには、このような計算をより大規模・長時間スケールで実行しなければなりません。第一原理計算における計算モデルの上限は、一般的には数百～数千原子・ピコ秒ダイナミクスであり、この上限を大幅に突破すべく、本研究室では数百万原子系のマイクロ～ミリ秒ダイナミクスを可能とする第一原理計算とのマルチスケール計算手法「非平衡開放系動的モンテカルロ法」を開発しております。同手法を用いることで、電気化学的環境下における電気化学デバイス設計がデバイス構造情報に依存したデバイス応答（直流・交流）の計算から可能となります。
【量子アルゴリズム開発】
量子コンピュータは、今後の展開が期待されている未来のコンピュータではありますが、コンピュータ単独では高速な計算は出来ず、量子アルゴリズムを用いて計算を実行することで、既存のコンピュータを凌駕する性能が得られると期待されている計算機です。当研究室では、量子アルゴリズムとして、固体材料計算のための量子アルゴリズム、分子識別のための量子アルゴリズム等を研究・開発しております。
