ホーム: NIMS MANA ナノシステム計算科学グループ

NIMS国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(WPI-MANA)ナノシステム計算科学(NSCS)グループは2011年4月1日にNIMSの正規グループとして設立されました。NSCSグループはエネルギー・環境問題関連及びナノテクノロジー関連の現象の微視的メカニズムを新しい第一原理・量子化学計算技術を用いて明らかにしながら、基礎物理・化学および物質・材料科学の両者に貢献して行くことを目標にしています。

現在のメンバーは館山佳尚/TATEYAMA Yoshitaka(グループリーダー/GL)を筆頭に、木野日織/KINO Hiori(MANAサイエンティスト（スタッフ職員））、隅田真人/SUMITA Masato(MANAリサーチアソシエート）、袖山慶太郎/SODEYAMA Keitaro(MANAリサーチアソシエート)、Marco FRONZI(MANAリサーチアソシエート＆JSPS外国人特別研究員）、相川小春(研究業務員)から成っています。また次世代太陽電池担当のCMSIポスドクである城野亮太/JONO Ryotaも準メンバーとして参画しています。

グループサイズは小さいですが、日々新規理論／計算技術に関する議論および物理、化学、物質・材料科学分野の最先端現象に関する議論を活発に行っております。新規理論・計算技術開発や一般的な物性・分子科学理論探索に重点は置いておりますが、現実系の個別問題にも同様に取り組んでいるところです。同様の観点を持つ研究者の皆様との議論および共同研究を精力的に進めて行きたいと考えております。今後ともどうぞよろしくお願い致します。

NIMSおよびつくばの放射線量は十分低い値で安定しておりますので、ご心配なさらずに当グループを訪問していただければと思います。参考までにつくば市内のいくつかのモニタリングサイトを以下にリンクします。
NIMSモニタリング&AISTモニタリング
なお、通常値は0.04 microSv/hで、胸部レントゲンが50 microSv程度、東京ーニューヨークの往復が200 microSv程度となります。

2011年12月1日、館山GLがJSTさきがけ「エネルギー高効率利用と相界面」領域（総括：東京大学大学院工学系研究科　橋本和仁教授）のさきがけ研究者（兼任）に採用されました。今後３年強の間に、触媒・太陽電池の理解に真に役に立つDFTベースの第一原理計算手法の開発と、その応用によるエネルギー・環境問題解決への実体ある貢献を目標に研究を進めて参ります。

館山GLは次世代スパコン「京」を利用して人類の重要課題の解決を目指すプロジェクトである、文部科学省HPCI戦略プログラム分野２「新物質・エネルギー創成」（総括：東京大学大学院理学系研究科　常行真司教授）の第４部会「エネルギー変換」特別支援課題１「太陽電池における光電変換の基礎過程の研究と変換効率最適化に向けた大規模数値計算」の担当メンバーとして参画しています。

• 色素増感太陽電池系で高い変換効率をもたらすRuピリジル系色素のTiO2への吸着構造に対して新たなモデルを提案。カルボキシル基アンカーがプロトンを保持する方が安定である可能性を提示。
  • K. Sodeyama, M. Sumita, C. O’Rourke, U. Terranova, A. Islam, L. Han, D. R. Bowler, and Y. Tateyama, "Protonated Carboxyl Anchor for Stable Adsorption of Ru N749 Dye (Black Dye) on a TiO2 Anatase (101) Surface", J. Phys. Chem. Lett. 3 (2012) 472-477.
• TiO2/"非水溶媒"界面のDFTMD解析（世界ほぼ初）。色素増感太陽電池の電解質溶液における水汚染の効果と耐久性に着目（水汚染効果の理論探索は世界初）
  • M. Sumita, K. Sodeyama, L. Han, and Y. Tateyama, 'Water contamination effect on liquid acetonitrile / TiO2 anatase (101) interface for durable dye-sensitized solar cell’, J. Phys. Chem. C 115 (2011) 19849-19855.
• 光触媒に重要なTiO2/水界面のDFTMD解析（世界ほぼ初）。界面水素結合などが明らかに。
  • M. Sumita, C. Hu and Y. Tateyama, 'Interface Water on TiO2 Anatase (101) and (001) Surfaces: First-Principles Study with TiO2 Slabs Dipped in Bulk Water', J. Phys. Chem. C 114, (2010) 18529-18537.
• 表面反応系に対してウェーブレット基底を用いた第一原理計算手法(コード：BigDFT)を初めて適用。大面積が必要な表面上での有機分子の重合化問題の理論解析に成功。
  • Y. Okawa, S. K. Mandal, C. Hu, Y. Tateyama, S. Goedecker, S. Tsukamoto, T. Hasegawa, J. K. Gimzewski, and M. Aono, 'Chemical Wiring and Soldering toward All-Molecule Electronic Circuitry', J. Am. Chem. Soc. 133 (2011) 8227-8233.
• 光励起ダイナミクスの解析において重要な非断熱結合係数の、TDDFT線形結合形式をベースにしたより一般的な計算手法を開発（世界初）。
  • C. Hu, H. Hirai, O. Sugino, and Y. Tateyama, ' Nonadiabatic couplings from the Kohn-Sham derivative matrix: Formulation by time-dependent density-functional theory and evaluation in the pseudopotential framework', Phys. Rev. A 82, (2010) 062508.

我々の研究ダーゲットは以下の通りです。
(1)物理化学（電気化学、光化学etc.）現象の問題解決を目指した先端的第一原理計算手法（主にDFTベース）の開発・確立
(2)物理化学分野の様々な素反応の第一原理計算解析：

• Electrochemistry
  • redox reaction, electron transfer
• Photochemistry
  • photoexcitation spectra, excited-states dynamics
• Interface/surface chemistry
  • solid-liquid interface, organic molecule on surface.
• Solution chemistry
  • solvent effect, hydrogen bond network, aqueous solution science
• Hydrogen & Defect science
  • hydrogen in metals, hydrogen embrittlement, defect-hydrogen complex

(3) エネルギー・環境問題への貢献を目指した基本プロセス探索および理論的材料設計：

• 光触媒・触媒
• 次世代太陽電池（色素増感太陽電池）
• 燃料電池

(4) ナノシステム・バイオシステムの微視的反応解析など

• （国際性）NIMS-MANAの国際的な環境の中にNSCSグループはあります。周囲には多くの外国人研究者がおり、日々の多くの議論が英語で行われます。（英語スキルのbrush-upにはとても良い環境です。）
• （学際性）NIMS-MANAの学際的な環境の中にNSCSグループはあります。MANAナノシステム、ナノマテリアル、ナノグリーン分野の興味深い実験研究とスピーディーな共同研究が展開されています。（物質・材料科学の理解にはとても良い環境です。）
• （理論・計算科学環境）またNIMSには多くの理論研究者、計算科学者もおり（MANA胡PI、河野MANA研究者、若林MANA独立研究者およびNIMS理論計算科学ユニット内に多数）、NSCSグループはその方々とも連携しています。その中には次世代スパコン”京”pj関係者、各科研費・JSTpj、各学会で先導的な研究をされている方々が多数います。
• （セミナー）NIMSでは基礎理論・計算手法の細部を議論することを目的とした"Computational Materials Science (CMS) seminar"シリーズがあり、先端的な理論・計算科学研究を行っている方々に講演をお願いしております。NSCS GL館山はその創設メンバーの１人で、本活動は現在７年の歴史を持っております。そのログは以下のwebpageをご参照ください。 CMSセミナー（表紙）／CMSセミナー（アーカイブ）
• （理論・計算科学指向）NSCSグループも、海外研究者から見ても新規性がありかつ国内唯一の研究を目指して研究を遂行しております。従って単なる計算エンドユーザーではなく、理論的考察を厭わない研究者の参加・との共同研究に重点を置いております。国際的に対等に渡り合うためのスキルアップという観点でみた場合、NSCSグループは国内でも有数の良い環境にあると言えます。
• （欧米著名研究者の滞在）このような姿勢が評価され、海外の多くの著名研究者がNSCSグループに長期短期に渡り滞在し、その後も様々な学会にて交流を深めております。例えばOrder-N法やwavelet基底法で有名なProf. Stefan Goedecker(Univ. Basel)は既に３度滞在し、共同研究を遂行しております。またMaximally-Localized Wannier法などで著名なProf. Nicola Marzari (EPFL)も２度滞在し、またTiO2光触媒・太陽電池の理論研究の第一人者であるProf. Annabella Selloni(Princeton Univ.)も滞在され、その後も学会等で多くの議論・交流を持っております。Blue-Moon ensembleや酸化還元電位計算手法の開発で著名なProf. Michiel Sprik (Univ. Cambridge)も最近滞在しました。
• （欧米著名研究者との交流）またNIMS滞在以外にも先端的理論研究を行っている多くの欧米研究者と交流しております。TDDFTの開発者Prof. Hardy Gross (MPI-Halle)などが挙げられます。
• （国内コミュニティでの活動）勿論NSCSグループは国内の物性計算コミュニティ、および分子科学コミュニティの両者に深く関わっており、様々な国内プロジェクトと関連しております。例えば次世代ナノ統合プロでは、東大物性研・杉野先生が率いる電子励起班に所属していますし、また科研費押山新学術プロでは東大理・常行先生のグループと連携させていただいております。