JAISTのスパコンを使って世界最大級・
最先端シミュレーション研究に挑戦

前園研究室　MAEZONO Laboratory
教授：前園 涼（MAEZONO Ryo）

E-mail：
［研究分野］
物質科学の理論とスパコンによるシミュレーション
［キーワード］
物性理論、量子化学、多体電子論、スーパーコンピュータ、マテリアルズ・インフォマティクス、モンテカルロ、第一原理計算

研究を始めるのに必要な知識・能力

理工系学部低学年の共通教育程度の数学、文献調査に最低限必要な英語、物質科学基礎分野の面白さに馴染める順応性、国際性の高い分野で通用する社交性、専門分野に拘泥しない高い知的好奇心。

この研究で身につく能力

客観性を第一に基礎方程式から数値計算を行う「第一原理」と呼ばれるアプローチによる研究分野です。「積極的な近似方針に基づく模型化アプローチ」とは異なり、得られた純朴なデータを前に、如何に考察を展開するかについては、とりわけ労力が要求されます。周到な先行研究調査と、これに基づく問題点の洗い出し／位置づけがなされない限り、考察事項を設定することも出来ず、研究をまとめ上げることが出来ません。これら一連は、企業などで指導的立場に立ってプロジェクトを主導する人材に必ず必要となる素養です。学位授与を伴う研究とは、高度に細分化された技術事項を習得する事ではなく、「きちんとした論拠に基づいて考える経験」を積む事であると考えて研究指導を行っています。

【就職先企業・職種】 重工や電力の情報通信部門、素材産業の大手企業、海外国立研究所の常勤研究員、海外研究機関の博士研究員など。

研究内容

「マテリアルズ・インフォマティクスの科学」

写真1．JAISTは4台ものスパコンを保有するスパコン研究拠点です。


写真2．パーツから自作した廉価な自作並列計算機も運用し、超並列計算を肌で感じられる教育環境を整えています。

　大量高速のデータ処理を可能とした情報科学は、物質科学分野の研究をも質的に変革させています。高々100種にも満たない地球上の原子の組合せを計算機上で仮想実現し、量子力学シミュレーションを網羅的に実行して、我々にとって機能性の高い未知の物質をデザインするという研究分野が、各国主導で本格化しています。量子力学的な世界は、我々の古典的直観からかけ離れた領域です。「計算してみないとわからない」シミュレーションが本質的な役割を担います。材料、バイオ、製薬といった産業界からも大きな関心がもたれています。

「多体電子論の未解決課題に対する解明」

　グループが専門とする第一原理拡散モンテカルロ法は、磁性や超伝導など特異物性の起源に関わる量子多体問題上の未解決問題群に対し「決定版的切札」とされている強力手法です。これまで、フント則の起源、電子相関によるバンド幅変化、磁気モーメントの発生起源、カシミア・ポルダー力、励起子モット転移といった話題に業績を挙げています。

「シミュレーション科学の人材育成」

　大規模スパコン「富岳」などで知られるようにシミュレーション科学が益々重要性を増しています。最先端の高速計算に強く依存するシミュレーション科学では、物理学／化学などの基礎科学のみならず、大型計算機に関する深い素養なくしてはトップレベルの理論研究は遂行出来なくなってきています。JAISTが誇る我が国トップレベルの高速計算機群に慣れ親しみ、計算機科学に関する優れた系統的コースワークを経験した新しいタイプの「シミュレーション科学者」養成を目指しています。

主な研究業績

1. 「自作PC クラスタ超入門−ゼロからはじめる並列計算環境の構築と運用（森北出版）」（単著単行本）
2. 「動かして理解する第⼀原理電子状態計算(森北出版)」前園涼・市場友宏（単行本）
3. 原著論文については、研究室HPのメンバー項目ページを参照。JACS(IF=13.858)/Angewande(11.709)/Phys.Rev.Lett.(7.435)/JCTC(5.39)/Sci.Rep.(5.228)/Inorg.Chem.(4.857)/Phys.Rev.B(3.767)/J.Chem.Phys.(3.164)/J.Comput.Chem.(3.84)/Appl.Phys.Lett.(3.794)などに出版されています。

使用装置

JAIST所有のスパコン群
富岳スパコンなどの共用スパコン
研究室所有の自作クラスタ型スパコン
研究室所有の自作ファイルサーバ群
マッキントッシュのパソコン群