第一原理計算による物性予測と材料設計

近年、物質・材料・デバイスの研究分野において、第一原理計算の重要性は高く評価されてきている。それは次世代エレクトロニクス材料や環境・エネルギー材料に代表されるように、ターゲットが明示された研究開発を効率的に実行するための研究アプローチとして、その有効性が認められてきたからである。高度な理論解析手法の開発や京コンピュータを代表とする計算機環境の進展に支えられて、実験との相補的な役目をもった必要不可欠な研究ツールとして活用されてきている。 　本講座では、その第一原理計算の基礎理論を概説し、手法の有効性や限界について知ると共に、物性予測や材料設計への応用に関するいくつかの基礎的な研究事例を紹介する。

1. 第一原理計算の基礎
   1. 原子単位
   2. Born-Oppenheimer近似
   3. 一電子近似
      • 相互作用のない多電子系の問題
      • Hartree-Fock近似
      • 密度汎関数理論
      • 局所密度近似
   4. 周期ポテンシャル中の一電子状態
      • 結晶格子 ～実格子と逆格子～
      • Blochの定理
      • Brillouinゾーン
   5. 擬ポテンシャル
      • 典型金属のバンド構造
      • 直交化平面波
      • 一般化擬ポテンシャル
   6. 遷移金属の電子状態
2. 第一原理計算による物性予測
   1. 凝集
      • ビリアル定理
      • Friedelの理論
      • 再規格化原子法による凝集機構の解釈
      • ビリアルによる凝集機構の解釈
   2. 磁性
      • 常磁性
      • 強磁性と反強磁性
   3. 誘電性
      • 格子の不安定化
      • 電気分極の電子論
      • 圧電定数
3. マテリアルズ・インフォマティクスによる材料設計
   1. 予測と設計
   2. 逆問題
   3. 進化論的構造探索
   4. 機械学習手法
• 質疑応答・個別質問・名刺交換