本研究室では電子・原子論的解析を中心とした計算科学手法に基づいて、物性発現に関わる材料内部の微視的メカニズムを明らかにし、材料の物性を予測、さらには新しい機能を持った材料をデザインすることを目指した研究・教育を進めています。主な研究対象は金属・合金、セラミックス等の固体材料で、電子状態計算、分子シミュレーション、反応経路探索解析等によって材料の強度・変形特性および各種物性に関わる素過程をミクロな視点から解明します。
高強度軽量合金の原子スケール構造設計と力学特性予測
界面・表面における分子構造および反応ダイナミクス解明のための解析手法開発
水素透過・吸蔵材料に対する計算科学モデルの構築と特性予測
高分子・異種材料界面の微視的変形・剥離機構の解明と力学特性評価
原子スケール長時間現象解明のための時間粗視化手法の開発
水素透過金属膜の機能活用による、超高純度水素製造デバイスの開発・新規化学反応プロセスの創製・水素センサーの開発
水素透過・吸蔵材料に対する計算科学モデルの構築と特性予測
金属・合金中の水素吸蔵・透過や水素脆化等の現象を理解する上で欠かせない、材料中水素の振る舞いを原理原則から明らかにし、水素エネルギー材料（水素吸蔵・貯蔵材，透過膜材等）の設計に適用することを目指したモデリング研究を進めています。本研究では、電子状態計算を活用しながら、水素原子核の軽量性に由来する量子ゆらぎの効果を陽に取り入れた量子論的解析手法を構築することで、種々の金属・合金系における水素の拡散・捕獲ならびに水素化物形成に関する速度論的・熱力学的特性を定量的に評価しています。
本研究室の特徴として、水素透過膜材の研究については実験科学と計算科学の両面から取り組むことができる体制になっている点が挙げられます。この研究テーマに取り組むメンバーは、同じ対象に対する実験と計算の双方の結果を俯瞰することで、水素透過・吸蔵特性の支配因子についてより深く洞察することを目指しています。
高強度軽量合金中のナノ析出物形成に関する原子論的モデリング
構造金属材料の高強度化において重要な役割を果たす溶質規則化およびナノ析出物形成のメカニズムを明らかにし，材料設計に活用するために，電子状態計算に基づいたモデリング研究を進めています．これまで主にMg-希土類元素合金，Mg基長周期積層構造（LPSO）型合金，Al-Cu合金，Al-Mg-Si合金等の高強度軽合金系を対象に，電子状態計算から得られる情報に基づいて溶質偏析・クラスター化等の規則化をもたらす支配因子を明らかにするとともに，これらの合金中の特徴的なナノ析出物（短範囲・中範囲規則構造）の形成の熱力学と速度論について非経験的に記述することに取り組んでいます．
さらに，実験グループとの共同研究を通じて，走査型トンネル顕微鏡法やX線小角散乱法による実験結果との比較から，材料強化の鍵となる溶質原子の規則構造形成の描像に関しても検証を行っています．
＜2024年度＞
修士論文：
相場 星哉,「核の量子効果を考慮した点欠陥を含むバナジウム中の水素拡散性の原子論的解析」
金井 健太,「Al-Cu合金中のすべり過程に対する固溶原子の影響に関する原子論的解析」
卒業論文：
泉谷 陸太,「クラスター展開法を用いた第一原理熱力学計算によるAl6(Fe,Mn)相の安定性評価」
大芝 颯太,「バナジウム中水素の拡散・捕捉挙動解析のための機械学習ポテンシャルの構築」
大島 弘暉,「Ni基固溶体合金中の溶質偏析が転位の易動度に及ぼす影響に関する原子論的研究」
加藤 日向,「密度汎関数理論および機械学習力場に基づく水/空気界面における自由OH回転寿命の分子動力学解析」
中村 政隆,「バナジウム系水素透過合金膜の高温耐久性に及ぼす添加元素の影響」
西出 有毅,「安定な開殻状態をもつ単一分子のスピンフィルター効果に対する ハバード模型解析」
＜2023年度＞
修士論文：
伊藤 和輝,「添加元素がα-Ti 結晶のすべり変形特性に与える影響の第一原理解析」
都築 奏汰,「B2型PdCu合金の水素透過能に及ぼす格子欠陥の影響」
村上 賢太,「Pd被覆したV複合金属膜における水素透過能の劣化機構と耐久性向上に関する研究」
卒業論文：
大石 浩平,「分子デバイスとして用いられる混合自己組織化膜の安定性に関する分子動力学解析」
神田 華栄,「第一原理計算に基づくAl-Fe-Mn合金中の析出物の熱力学的安定性の解析」
原 幸佑,「9元高エントロピー合金における機械学習力場の構築」
原田 勇杜,「ガス含浸ポリマーにおける気泡核生成メカニズムに関する粗視化分子動力学解析」
森 弘道,「B2型PdCu合金における空孔の水素トラップに及ぼす侵入型元素の影響」
＜2022年度＞
修士論文：
稲葉 智,「MAX相セラミックスの結合特性とすべり変形挙動に関する第一原理解析」
澁谷 勇輝,「Pd/V異相界面における相互拡散過程の原子論的モデリング」
野村 泰隆,「Al-Mg-Si合金の時効過程におけるナノ析出物形成に関する原子論的研究」
三津原 晟弘,「B2型PdCu合金中の水素拡散性に及ぼす点欠陥の影響に関する研究」
卒業論文：
相場 星哉,「メタダイナミクス法を活用したバナジウム中水素の拡散・トラップ挙動の解析」
金井 健太,「Al-Cu合金における転位と析出物の相互作用に関する分子動力学解析」
國行 巧真,「PdCu系合金膜の水素透過能に及ぼすB2化熱処理の影響」
中村 新稀,「濃淡電池型水素センサーの特性向上に向けた試料極支持体の検討」
＜2021年度＞
卒業論文：
伊藤 和輝,「Ti合金の原子論的解析に向けたニューラルネットワークポテンシャルの構築」
KIM Min-Seok,「原子核の量子効果を考慮したバナジウム中の水素拡散プロセスの解析」
都築 奏汰,「B2単相PdCu系合金膜の水素透過能に及ぼす過剰Cuの影響」
中島 瑞輝,「高Au含有Pd-Au合金における水素の溶解特性と拡散性の定量評価」
村上 賢太,「Pd/V複合膜の高温における水素透過能の劣化因子の解明」
＜2020年度＞
卒業論文：
稲葉 智,「結合次数ポテンシャルを活用したTi3AlC2単結晶の塑性変形過程に関する原子論的解析」
澁谷 勇輝,「バナジウム系水素透過合金膜の耐久性向上に向けた結晶配向性の制御」
野村 泰隆,「Al-Mg-Si合金における溶質原子規則化のモンテカルロ解析」
三津原 晟弘,「Pd-Cu系合金膜の低温における水素透過能の定量評価」