2024年度 学位プログラムとして特別に設けた教育課程 学位プログラムとして特別に設けた教育課程 物質・情報卓越教育課程
マテリアルズシミュレーション
- 開講元
- 物質・情報卓越教育課程
- 担当教員
- 桑畑 和明 / 石川 敦之 / 大場 史康 / 安尾 信明 / 望月 泰英
- 授業形態
- 講義 (ハイフレックス型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 金1-4 (M-134, M-356(H132))
- クラス
- -
- 科目コード
- TCM.A402
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 3Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 英語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
物質の構造と機能を理解するための手法として、コンピュータシミュレーションが不可欠になっている。本講義では、量子力学の基本原理に基づいた第一原理計算により、分子や固体の原子・電子レベルでの構造と基礎特性を理解するための理論及びシミュレーション手法について講述するとともに演習を行う。本講義のねらいは、第一原理計算の修得を通じて、現代の材料開発に要求される原子・電子レベルで物質・材料を理解・設計する能力を涵養することである。
到達目標
本講義を履修することによって次の知識および能力を修得する。 1) 第一原理計算の基礎を理解している。 2) 原子・電子レベルの視点で物質・材料の性質を考察できる。
キーワード
第一原理計算、分子軌道、バンド構造
学生が身につける力
- 専門力
- 教養力
- コミュニケーション力
- 展開力 (探究力又は設定力)
- 展開力 (実践力又は解決力)
授業の進め方
学生は原則対面にて実施する。各回の講義の冒頭で、前回の講義の要点を復習する。その後、新しい内容について講述するとともに、演習を行う。なお、一部の日程についてはクラスA（分子系）とクラスB（周期系）に分かれて実施する。クラス分けについては、担当教員と相談の上決定する。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 【10/4(金)】材料計算概論&TSUBAME環境設定&計算コマンドの習得 | 分子系と周期系の材料計算の概要を説明できる。TSUBAMEの環境設定が行えて、Unixコマンドが使える。 |
| 第2回 | 【10/4(金)】材料計算概論&TSUBAME環境設定&計算コマンドの習得 | 分子系と周期系の材料計算の概要を説明できる。TSUBAMEの環境設定が行えて、Unixコマンドが使える。 |
| 第3回 | 【10/11(金)】 A）分子系1(量子化学計算入門) B）周期系1 (固体における構造計算(構造決定、構造最適化)) | A）量子化学計算の概要を説明できる。 B）構造最適化計算を行い、構造決定ができる。 |
| 第4回 | 【10/11(金)】 A）分子系1(分子構造の構築と入力データの作成) B）周期系1 (固体における構造計算(構造決定、構造最適化)) | A）量子化学計算の入力データを作成できる。 B）構造最適化計算を行い、構造決定ができる。 |
| 第5回 | 【10/18 (金)】 A）分子系2(構造最適化と振動解析) B）周期系2 (固体における電子状態計算(バンド構造)) | A）構造最適化と振動解析が行える。 B）電子状態計算を行い、電子バンド構造の決定ができる。 |
| 第6回 | 【10/18 (金)】 A）分子系2(構造最適化と振動解析) B）周期系2 (固体における電子状態計算(バンド構造)) | A）構造最適化と振動解析が行える。 B）電子状態計算を行い、電子バンド構造の決定ができる。 |
| 第7回 | 【10/25 (金)】 A）分子系3(遷移状態探索) B）周期系3（固体における欠陥計算） | A）遷移状態探索を行い、固有反応座標の計算ができる。 B）電子状態計算を行い、欠陥の計算と電子状態の解析ができる。 |
| 第8回 | 【10/25 (金)】 A）分子系3(遷移状態探索) B）周期系3（固体における欠陥計算） | A）遷移状態探索を行い、固有反応座標の計算ができる。 B）電子状態計算を行い、欠陥の計算と電子状態の解析ができる。 |
| 第9回 | 【11/1 (金)】 A）分子系4(第一原理分子動力学計算) B）周期系4(第一原理分子動力学計算) | 第一原理分子動力学計算を動かすことができる。 |
| 第10回 | 【11/1 (金)】 A）分子系4(第一原理分子動力学計算) B）周期系4(第一原理分子動力学計算) | 第一原理分子動力学計算を動かすことができる。 |
| 第11回 | 【11/8 (金)】 A）分子系（フリーディスカッション・コンサルティング） B）周期系（フリーディスカッション・コンサルティング） | 与えられた課題を行う、又は、マテリアルズシミュレーション法を自分の研究にどのように使用すれば良いかを理解する（指導教員からの事前承認要）。 |
| 第12回 | 【11/8 (金)】 A）分子系（フリーディスカッション・コンサルティング） B）周期系（フリーディスカッション・コンサルティング） | 与えられた課題を行う、又は、マテリアルズシミュレーション法を自分の研究にどのように使用すれば良いかを理解する（指導教員からの事前承認要）。 |
| 第13回 | 【11/15 (金)】マテリアルズシミュレーションの最前線 | マテリアルズシミュレーションの最先端話題が理解できる。 |
| 第14回 | 【11/15 (金)】マテリアルズシミュレーションの最前線 | マテリアルズシミュレーションの最先端話題が理解できる。 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
なし
参考書、講義資料等
なし
成績評価の方法及び基準
演習課題レポートに基づく評価
関連する科目
- TCM.A404 ： マテリアルズインフォマティクス
履修の条件・注意事項
履修の条件を設けないが、周期系の講義・演習では、固体物理の基礎知識(逆空間やブリルアン域など)を持っていることを前提とする。
連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
kuwahata.k.aa[at]m.titech.ac.jp
オフィスアワー
メールで事前予約すること
その他
本授業科⽬は、TAC-MI登録学⽣と物質・情報卓越コースの履修資格審査の合格者優先科⽬です。希望者多数の場合、他の学⽣については抽選とします。