アクセス
Facebook
X
Instagram
YouTube
日本語
お問い合わせ
トップページ
研究活動
研究チーム紹介
量子系分子科学研究チーム
量子系分子科学研究チーム
English
チームリーダー 中嶋 隆人（なかじま たかひと）
nakajima[at]riken.jp （拠点：神戸）- Emailの[at]は@にご変更ください。
- 1993
- 早稲田大学 大学院理工学研究科 化学専攻 修了
- 1996
- 京都大学大学院工学研究科 合成･生物化学専攻 博士課程 研究指導認定退学
- 1997
- 京都大学ベンチャー･ビジネス･ラボラトリー 非常勤研究員
- 1998
- 日本学術振興会 特別研究員 （東京大学）
- 1999
- 東京大学大学院工学系研究科 助手
- 2002
- 科学技術振興事業団 戦略的創造事業 個人研究研究員（兼任、～2005年）
- 2003
- 東京大学大学院工学系研究科 講師
- 2004
- 東京大学大学院工学系研究科 助教授
- 2007
- 東京大学大学院工学系研究科 准教授
- 2009
- 理化学研究所 基幹研究所 副ユニットリーダー
- 2010
- 理化学研究所 計算科学研究機構(AICS)（現在：計算科学研究センター(R-CCS)） 量子系分子科学研究チーム チームリーダー（現職）
- 2024
- 理化学研究所 計算科学研究センター(R-CCS) AI for Scienceプラットフォーム部門 材料・物性アプリインターフェース基盤開発ユニット ユニットリーダー（現職）
キーワード
- 量子化学
- 理論分子科学
- 計算分子科学
研究概要
当チームの目標は、エネルギー材料や生体分子に代表される大規模で複雑な分子系の化学反応・物性・機能をミクロの立場から理論先導で解明・予測するため、次世代の理論分子科学の基盤を構築することです。さらに、「富岳」のような超並列計算機を有効に利用することで、分子科学が対象とするさまざまな問題と課題を解決することを目標にしています。具体的な達成目標は以下の3点です。
- 次世代分子理論に基づいた理論分子科学の展開
従来の分子理論が抱える問題点を克服し、ブレークスルーを達成することで、予測性を備えた理論先導の分子科学を確立します。そのために、大規模で複雑な分子系の反応・性質・機能をミクロの立場から理論先導で解明するための次世代分子理論とそのための計算手法を構築します。 - 超並列計算機環境に資する分子科学計算ソフトウェアの開発と提供
「富岳」のような超並列計算機環境を有効に活用できる分子科学計算ソフトウェア「NTChem」を開発し、共用利用できるように整備･公開します。 - ハイスループット・コンピューティングによる新材料設計
「富岳」を利用したマテリアルズ・シミュレーションとマテリアルズ・インフォマティクスを活用し、太陽電池材料や人工光合成材料のようなエネルギー材料に対し、実験に先行した新材料設計を実現することで、エネルギー・環境問題の解決につなげます。
主な研究成果
超並列計算機環境に資する分子科学計算ソフトウェア「NTChem」の開発
量子化学計算ソフトウェアは物質科学・生命科学などの多くの分野の共通基盤です。コンピュータの高度化・高性能化に伴い、大規模な分子系を高精度に計算する要望は急速に増しつつあります。しかしながら、既存ソフトウェアの多くは単一プロセッサの時代に設計･開発されたものであり、その拡張としての単純な並列化は可能ではありますが、「富岳」のような超並列計算機においては並列化効率が問題となります。全系丸ごとの分子計算に関していえば、1000 原子分子程度の第一原理電子状態計算が上限で、新規の機能発現などが期待できるナノスケールサイズの数千～数万原子系に対する計算は不可能です。「富岳」の圧倒的な計算資源を活かすためには、超並列計算が可能で一般ユーザが利用できる分子科学計算ソフトウェアの開発が急務です。そこで、幅広い分野の多くのユーザの利用に資する汎用分子科学計算ソフトウェアNTChem の開発を行っています。
NTChem は一から設計をした新しい国産分子科学計算ソフトウェアです。既存ソフトウェアのもつ多くの機能をカバーしつつ、新たに開発してきたオリジナリティの高い理論手法の集大成でもあって、他のプログラムでは利用することのできない多くの量子化学計算法を含んでいます。さらに、「富岳」などのマルチコア超並列クラスタ計算システムの性能を引き出すことが可能な並列アルゴリズムが実装されています。
主要論文
- D.-H. Ahn, T. Nakajima, K. Hirao, J.-W. Song
"Long-range corrected density functional theory including a two-Gaussian Hartree-Fock operator for high accuracy core-excitation energy calculations of both the second- and third-row atoms (LC2gau-core-BOP)"
J. Chem. Theory Comput. 20, 7113-7125 (2024). - W. Dawson, E. Kawashima, L. E. Ratcliff, M. Kamiya, L. Genovese, T. Nakajima
"Complexity reduction in density functional theory: Locality in space and energy"
J. Chem. Phys. 158, 164114 (2023). - T. Nakajima, K. Hirao, B. Chan.:
“Higher-order transition state approximation”
J. Chem. Phys. 156, 114112 (2022). - T. Yonehara, N. Minezawa, T. Nakajima.:
"Excited-state dynamics in NTChem"
in Molecular Spectroscopy: A Quantum Chemistry Approach, edited by Y. Ozaki, M. J. Wojcik, J. Popp (Willey), 43–78 (2019). - W. Dawson, T. Nakajima.:
"Massively parallel sparse matrix function calculations with NTPoly"
Comput. Phys. Commun. 225, 154-165 (2018). - M. Kamiya, T. Nakajima.:
"Relativistic time-dependent density-functional theory for molecular properties"
in Frontiers of Quantum Chemistry, edited by M. Wojcik, H. Nakatsuji, B. Kirtman, Y. Ozaki (Springer), 223-247 (2018). - T. Nakajima, K. Sawada.:
"Discovery of Pb-free perovskite solar cells via high-throughput simulation on the K computer"
J. Phys. Chem. Lett. 8, 4826-4831 (2017). - R. Maitra, T. Nakajima.:
"Correlation effects beyond coupled cluster singles and doubles approximation through Fock matrix dressing"
J. Chem. Phys. 147, 204108 (2017). - T. Shimazaki, K. Kitaura, D. Fedorov, T. Nakajima.:
"Group molecular orbital approach to solve the Huzinaga subsystem self-consistent-field equations"
J. Chem. Phys. 146, 084109 (2017). - T. Nakajima, M. Katouda, M. Kamiya, Y. Nakatsuka.:
"NTChem: A high-performance software package for quantum molecular simulation"
Int. J. Quantum Chem. 115, 349-359 (2015).
