理学部 大型プロジェクト 計算科学スケール適合化研究部門
Center of Scalable Modeling in Computational Science
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■ 概要
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計算科学におけるスケール適合化数理モデルの研究を行う。これは計算科学のシミュレーションにおいて，有効な情報縮約モデルを構築し，シミュレーションの可能性を飛躍的に発展させることを目的としている。物質系においては，第一原理計算による電子・原子構造を明らかにすることによってナノテクノロジー等の研究開発を促進する新しい計算手法の研究・開発を行う。これは，地球シミュレータ等を用いた超並列計算を実行することによって推進する。また複雑な構造を持つ時空間スケールの異なった現象に対しては，新しい基礎方程式を確立し様々な問題にも対応できる計算可能な数理モデルの構築を行う。
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1．第一原理シミュレーション
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多電子系に対する密度汎関数法に基づく量子力学手法による表面・界面の構造・反応や誘電物性等の物理化学的性質を，計算によって精度よく予測する理論実験を行う。並列処理や数式処理を応用した数値解析法の研究を進め広い範囲の物質系の挙動に適用できるよりよい計算モデルの研究を推進する。
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2．分子動力学シミュレーション
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計算対象に応じて計算規模をただ大きくするだけでは取り扱う情報量に限界が生じるため，情報の縮約が必要となることから，第一原理計算に基づいて求められた信頼できる分子間ポテンシャルを定める手法の研究開発を行う。その結果を利用して古典系への分子動力学計算に適用できる安定で長時間シミュレーションが可能となるような新しい数理モデルと数値計算手法の研究を行う。比較的少ない粒子系でも非平衡状態のダイナミクスや相転移などの熱力学的性質が予測できる計算手法を開発する。またナノサイズのクラスターやナノバブル，ソフトマター等の新しい対象のシミュレーションができる計算手法の開発を推進する。
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3．スケール適合化数理モデル
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現象の時空間スケールの変化を取り込む方法として微分方程式そのものを分数微分方程式に変換しその解が現実的な問題にも適用可能であることが近年明らかになってきた。とくに複雑な構造を持った様々な系の挙動を記述するために有効な数理モデルの構築を行う。また数値シミュレーションだけでは不十分な非線形系の解析解を数式処理計算により具体的に求めるための計算手法の開発を行い，スケール適合化モデルの構築を進める。
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■ Keywords
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計算科学, スケール適合化, 第一原理計算, 分子動力学, 非線型方程式, 数式処理, 分数微分方程式
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■ 当該年度の研究費受入状況
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1.
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文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究
研究課題：海底下の大河：地球規模の海洋地殻中の移流と生物地球化学作用
(連携研究者：大西 楢平)
研究補助金：330000円 (連携)
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■ 教授・准教授・講師の公的役職
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1.
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大西 楢平
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：（独）海洋研究開発機構地球シミュレータ情報システム部 招聘技術研究主幹
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■ 当該年度研究業績数一覧表
| 研究者名 |
刊行論文 |
著書 |
その他 |
学会発表 |
その他
発表 |
| 和文 | 英文 |
和文 | 英文 |
国内 | 国際 |
筆
頭 | 共
著 | 筆
頭 | 共
著 |
筆
頭 | 共
著 | 筆
頭 | 共
著 |
筆
頭 | 共
著 |
演
者 | 共
演 | 演
者 | 共
演 |
演
者 | 共
演 |
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大西 楢平
教授
理学博士
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| | | 3 |
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()
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山本 武範
助教
工学博士
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| | 2 | 1 |
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()
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2
()
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1
()
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()
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1
(1)
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()
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| 計 |
0 | ／ | 2 | ／ |
0 | ／ | 0 | ／ |
0 | ／ |
0
(0) | ／ |
1
(0) | ／ |
1
(1) | ／ |
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| 研究者名 |
刊行論文 |
著書 |
その他 |
学会発表 |
その他
発表 |
和
文 | 英
文 |
和
文 | 英
文 |
国
内 | 国
際 |
筆
頭 | 筆
頭
| 筆
頭 | 筆
頭
| 筆
頭 |
演
者 | 演
者
| 演
者 |
|
大西 楢平
教授
理学博士
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()
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()
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()
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山本 武範
助教
工学博士
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| 2 |
| |
|
()
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1
()
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1
(1)
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| 計 |
0 | 2 |
0 | 0 |
0 |
0
(0) |
1
(0) |
1
(1) |
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( )：発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会
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( )：発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会
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■ 刊行論文
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原著
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1.
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R. Yamagishi, H. Yagi, H. Minagawa, S. Ohnishi, H. Kaneko：
Validation of Techniques for Structure Prediction and
Thermostabilization of a Protein: A Case Study Using the TIM-barrel
Enzyme Lactate Oxidase.
Chem-Bio Infomatics Journal
9
：62-74
, 2009
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2.
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K. Sogo, Y. Kishikawa, S. Ohnishi, T. Yamamoto, S. Fujiwara, and K. M. Aoki：
Correlated anomalous diffusion: Random walk and Langevin equation.
Journal of Mathematical Physics
51
(3)
：033302
, 2010
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3.
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T. Yamamoto, S. Ohnishi：
Nano bubbles in liquid of a noble-gas mixture.
Physical Chemistry Chemical Physics
12
：1033–1037
, 2009
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4.
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Takenori Yamamoto†, Tsuyoshi Uda, Takahiro Yamasaki, Takahisa Ohno：
First-principles supercell calculations for simulating a shallow donor state in Si.
Physics Letters A
373
(43)
：3989
, 2009
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■ 学会発表
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国内学会
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1.
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居波哲，斎藤峯雄，山崎隆浩，山本武範，大野隆央：
シリコン中多原子空孔の大規模第1原理計算.
日本物理学会,
岡山,
2010/03
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2.
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斎藤峯雄，居波哲，山崎隆浩，山本武範，大野隆央：
シリコン中原子空孔の大規模第一原理計算.
日本物理学会,
神戸,
2009/09
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その他
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1.
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T. Yamamoto, T. Uda, T. Ohno：
Humidity dependence of optical property of a DNA fiber: first-principles and molecular dynamics studies.
The American Physical Society,
Portland, USA,
2010/03
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