分子、固体結晶やソフトマターについて、原子サイズ （１億分の１cm程度）のミクロな構造やそれに伴う機能 との因果関係を探るため、量子力学をベースに原子内部 の電子状態を記述する方程式を用いる、計算機シミュ レーションを行っています。この方法では、 原子と電子の レベルまでおりて研究するので、 第一原理 (ab initio) 分子動力学法 (First Principle Molecular Dynamics) と呼ばれています。 　　我々はこの第一原理分子動力学法を、物質の基本 構造や変形、分子反応 、プラズマと接する物質内での 原子移動 などの研究に応用することを念頭に、 コード整備を進めています(善甫康成氏との 共同研究）。とくに後者の研究では、一般に 輸送係数などを仮定したマクロなモデルが 使われていますが、第一原理分子動力学を 用いれば、これらの仮定を排してミクロな 視点からの研究が可能となります。 　　左図は、グラファイト表面に水素原子が 吸着され、炭素分子間の結合を切り炭化水素 分子を生成して逃げていく様子を調べた 第一原理分子動力学シミュレーションの一例 です。 右図： グラファイト表面で生成された炭化 水素分子、上からCH, CH2, CH3, CH4分子。 　少し詳しくなりますが、電子の分布を量子 力学で記述するシュレディンガー方程式は数値 的に正確に解けるのはほぼ５電子程度までです。 ところが、実際の物質は極めて多くの原子（と 電子）で構成されており、それらをモデル化し ても同じ方法で扱うことは事実上不可能です。 ところが、個々の電子を表す波動関数の代わり に電子密度に着目すると解くべき方程式はかな り簡単になります (コーン・シャム方程式）。 　この場合、すべてのミクロ量が電子密度に よって表されるので、この手法は 密度汎関数法 分子動力学（DFT)と呼ばれ、化学反応や原子 レベルでの物質の研究に広く使われています。 　また、最近では基底状態に限らず、励起状態を 扱ったり、外部電磁場に対する物質の線形応答を 量子力学的に調べるため、時間依存密度汎関数法 （TDDFT）も整備しています。 密度汎関数 分子動力学コードの開発 (2001年7月） 第一原理分子動力学法による物質研究 （2004年3月） 研究の目的と成果にもどる ホームにもどる