授業の目的

有機化合物の分子モデルは量子化学計算から設計されており、近年では計算機能力の向上に伴い、複雑な機能を発現する液晶・高分子の量子計算や相互作用の精密解析、スパコンを用いた自己集合構造の大規模解析が可能になりつつある。本講義では量子化学と凝縮系物理学の理論体系を学び、有機材料を中心とした機能性材料の物性を量子化学計算と大規模系の分子シミュレーションから考察する計算技術修得を目的とする。

教育内容

有機化合物の相互作用設計に用いられる量子化学と凝縮系物理の理論体系について学習する。液晶・高分子を表現する相互作用の理論化学を、分子軌道法や密度汎関数法の基礎方程式と電子の基底関数系、交換・相関項の計算科学的取扱いと併せて理解することで、適切な近似レベルの量子化学計算から物性解析を行う計算科学の知識と応用力を修得する。また液晶・高分子の物性を理解・解析するためのソフトマター物理学を学習し、ミクロからマクロスケールまで様々な有機化合物の特性を数値化するデータサイエンス技術を身に付ける。

教育方法

各回の講義時に配布する資料を用いて講義形式ですすめる。講義内容の理解と定着を図るために、数回演習問題を配布しつつ、最近の応用例を調べるグループワークを併せて実施し、その内容のプレゼンテーション・質疑応答を通して知識の深化を図る。演習課題については講義内で解説する。

卒業・学位授与の方針と当該科目の関連

DP1、DP2

授業内容(シラバス)

到達目標

液晶・高分子の物性解析に用いられる量子化学と凝縮系物理学の基礎理論が理解できる。
特に有機分子系の量子計算で一般的なHartree-Fock方程式やKohn-Sham方程式の基礎理論を修得しつつ、これまでに様々な分子系で検証されてきた基底関数系や交換・相関汎関数の取扱いとその近似精度を理解できる。また、ソフトマターにおける基本的な性質、熱力学的性質、統計力学的な扱い、相転移、さらに、量子化学計算、分子動力学計算などに代表される計算科学を用いて、ソフトマテリアルを対象とした研究を行うための基礎技術を身に付けることを到達目標とする。

評価方法

授業にて実施するレポート課題の消化状況(50%)とプレゼンテーション（50%）の成績から総合的に評価する。

準備学習(予習・復習等)

【講義時間外に必要な学習の時間：60 時間】
予習：前回の講義時に指定された事柄について自身で調べておくこと。
復習：教科書と配布資料を読み返し、理論式の展開を復習しておくこと。

備考・その他

・演習問題については、次の講義で解説を実施する。
・応用例を調べるグループワークを実施し、15回目にて行うプレゼンテーションを通して議論を交わし、質疑応答を経て計算手法の理解を深める。
【関連科目：分子シミュレーション特論、生物物理学概論】

教材