5/26 ＜分子系・固体系の＞ 第一原理計算（DFT）の基礎と実物質との比較・解釈

琉球大学　理学部　物質地球科学科　物理系　准教授　博士(工学)　柳澤 将　氏

【専門】物理化学、第一原理計算、量子化学
　・ 分子系・分子結晶系の電子状態、フロンティア準位に由来する物性の理論的研究
　・第一原理計算（DFT）による計算結果に基づく物性理解や実験結果の解釈
　・ 分子系や分子結晶系への高度な計算法（GW近似、LC-DFT）のプログラム開発・適用

　この講義では、第一原理計算（密度汎関数理論(DFT)）について、理論の基礎から応用、計算結果を実験結果や実物質の性質と比較する際の考え方や注意点などについて概説する。

　具体的には、
　　・「計算はできるが、結果の解釈に自信が持てない」研究者向けの実践的理解
　　・第一原理計算と実験結果をどのように整合させて議論するか

を中心に、理論とその応用の両面から解説する。

１．第一原理計算

　1.1 第一原理計算とは？
　　1.1.1 何を計算するのか？
　　1.1.2 計算結果からどんなことが分かるのか？
　1.2 密度汎関数理論（DFT）とは？
 
２．DFTで用いられる計算・近似
　2.1 Kohn-Sham近似
　2.2 交換・相関汎関数
　2.3 SCF法
 
３．分子軌道
　3.1 基底状態・励起状態
　3.2 最高占有・最低非占有軌道（HOMO・LUMO）
　3.3 反応性の予測
　3.4 光励起、光反応
 
４．エネルギーバンド構造
　4.1 バンド構造、価電子帯、伝導帯
　4.2 有効質量、その他、関係ある物性値
 
５．イオン化ポテンシャル（IP）、電子親和力(EA)
　5.1 IP・EAから分かる分子・固体の物性
　5.2 IP・EAを正確に予測するためには
　　5.2.1 ΔSCF法（分子系）
　　5.2.2 HOMO・LUMOエネルギーやバンドエネルギーの意味
 
６．エネルギー微分、構造最適化、振動計算
　6.1 これらの計算から分かること
　6.2 分子系・固体系での例
 
７．応用例: 実験値・観測データとの比較
　7.1 分子系
　7.2 固体・結晶系
　7.3 実験との比較が難しい場合、比較しても合わない場合の解釈・考え方
 
８．分子設計・材料設計に向けて
　8.1 計算データをどのように生かすか？
　8.2 機械学習、マテリアルズ・インフォマティクス
 
９．まとめ

　□ 質疑応答 □

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