分子動力学（MD）シミュレーション

私たちは、コンピュータを用いて原子や分子の運動を計算する「分子動力学（Molecular Dynamics: MD）シミュレーション」を行っています。

MDシミュレーションでは、原子一つひとつに働く力を計算し、その時間変化を追跡することで、実験では直接観察が難しいナノスケールの現象を解析できます。原子レベルで起こる構造変化や分子の移動、材料内部の相互作用を詳細に調べることが可能です。

研究内容

本研究では、材料内部で起こる原子レベルの構造変化や拡散現象、界面での相互作用などをMDシミュレーションによって解析しています。これにより、材料の強度や熱的特性、機能発現のメカニズムを理解し、新しい材料設計や性能向上につながる知見の獲得を目指しています。

スーパーコンピュータを活用した大規模計算

MDシミュレーションでは膨大な数の原子の運動を計算するため、高い計算能力が求められます。本研究ではスーパーコンピュータを活用し、多数の計算コアを並列利用することで、大規模かつ長時間スケールのシミュレーションを実施しています。

これにより、一般的な計算機では困難な数万から数百万個規模の原子系を対象とした解析が可能となり、材料内部で生じる複雑な現象や実験では観測が難しい微視的な挙動の解明に取り組んでいます。

MDシミュレーションの特徴

原子・分子レベルの詳細な挙動を可視化できる 実験では観測が難しい現象を解析できる 条件を自由に変えて検証できる 材料開発やデバイス設計の効率化に貢献できる スーパーコンピュータを活用した大規模・高精度なシミュレーションが可能

第一原理分子動力学計算（AIMD：Ab Initio Molecular Dynamics）

通常の分子動力学（MD）計算では、原子間に働く力をあらかじめ設定したモデル（力場）に基づいて計算します。

一方、第一原理分子動力学計算（AIMD）では、電子の状態を量子力学に基づいて計算し、原子に働く力を求めます。

これにより、原子や分子の動きだけでなく、化学結合の形成・切断や化学反応などを電子の状態を考慮しながら詳しく調べることができます。

ただし、通常のMD計算と比較して計算に必要なコストが大きいため、扱える原子数や計算時間には制限があります。