NanoMaRi

GROUP研究グループ

GROUP 05理論・計算科学グループ

物質の電子状態を
シミュレーションし
材料特性を予測

代表
石井史之 准教授
専門分野
物性理論、計算物性物理学
キーワード
物性理論、計算物性物理、計算科学、第一原理計算、電子状態計算、強相関電子系、遷移金属酸化物、マルチフェロイックス、強誘電体、氷、グラフェン、磁性、計算物理、物質設計、マテリアルデザイン、熱電変換物質

当グループでは、量子力学や統計力学の知見と計算機シミュレーションの技術を駆使して、物質の構造、物性、材料組織、化学反応機構などを高精度に解析・予測すること、さらにはスピンエレクトロニクス材料、エレクトロニクス材料として有望な人工物質を設計することを目指しています。

研究成果の一例として、熱電変換の効率化を目指す上で、より高性能な熱電材料を設計する指針を提供することに成功しています。これは、電子スピンが形成する渦構造の一種「スキルミオン」が巨大な熱電効果を生む可能性を計算機シミュレーションにより明らかにしたもので、基礎科学の面でも量子力学由来の特異な現象を見出すという大きな成果がもたらされました。

計算機で複雑な現象をはらむ系を扱うには、新たな計算プログラムを開発する必要があります。当グループは学外のグループと共同でオープンソースソフトウェア「OpenMX」の開発と公開に貢献しています。また近年は計算機環境が進化していることから、新材料を効率的に探索する手法として、ビッグデータ解析や人工知能などを活用する「マテリアルズ・インフォマティクス」が注目されており、私たちも今後積極的に研究開発に取り組んでいきたいと考えています。

計算機シミュレーション技術は、実験による解析が難しい場合に大きな役割を果たします。さらに計算と実験を突き合わせることで相互補完的に物理現象の理解が促されます。こうした視点から、ナノマテリアル研究所の各グループが行う実験の系をサポートし、連携していきたいと考えています。

GROUP