第一原理計算を用いた材料設計セミナー（SIESTA／Quantum ESPRESSO）

本セミナーは、統合材料解析プラットフォーム「ASAP」を用いて、第一原理計算（DFT）から機械学習ポテンシャル（MLIP）までを活用した、最新の材料設計アプローチを実践的に学べるセミナーです。

最新版ASAPでは、機械学習ポテンシャルMACEに対応し、第一原理計算と機械学習を組み合わせた効率的な材料設計環境を提供しています。これにより、従来のDFTのみでは困難であった数千原子規模やナノ秒オーダーの現象解析が実用的な計算時間で実施可能となります。さらに、MLIPによる高速な構造探索とDFTによる電子状態解析を組み合わせることで、「精度」と「計算スケール」を両立した新しい材料設計ワークフローを実現します。半導体、電池材料、ポリマー、界面・表面解析などの幅広い分野において、実際の活用事例を交えながらASAPの活用方法をご紹介します。

【ASAPの特徴】

• 1.GUIベースで第一原理計算を効率的に実行

  ASAPは、直感的なGUIにより、モデル作成から計算実行、結果解析までを一貫して行える統合シミュレーションプラットフォームです。第一原理計算の専門知識がなくても効率的に解析を進めることができます。

• 2.第一原理計算から機械学習ポテンシャルまでをシームレスに活用

  最新版ASAPでは、機械学習ポテンシャル（MLIP）であるMACEに対応しました。MLIPを活用することで、DFT精度を維持しながら、従来の第一原理計算では困難であった数千原子規模・ナノ秒オーダーのシミュレーションが可能になります。反応や構造変化を伴う現象を高速に実行でき、材料探索や構造サンプリングを大幅に効率化します。

• 3.DFTとMLIPを組み合わせた高効率な材料設計ワークフロー

  MLIPによる高速探索で重要な構造を抽出し、その構造をDFTで再評価することで、電子状態、電荷分布、結合状態などの詳細な情報が得られます。ASAPは単なる計算ツールではなく、「探索」と「高精度解析」を連携させた実践的な材料設計環境を提供します。

• 4.幅広い材料分野に対応

  半導体、電池材料、金属材料、触媒、表面・界面、高分子材料など、多様な材料系に適用可能です。特に従来は信頼できる力場が存在しなかった材料に対しても、MLIPを用いることで原子レベルの運動や構造変化をシミュレーションできます。

• 5.J-OCTAとの連携によるマルチスケール解析

  J-OCTAで作成したモデルをASAPへダイレクトにエクスポートし、MLIPを含む各種解析を実施できます。またASAPで得られた知見やパラメータをJ-OCTAへ展開することで、大規模な古典分子動力学計算や高分子材料解析へとつなげることもできます。DFT、MLIP、古典MDを組み合わせることで、「精度」と「計算スケール」の両立を実現します。

• 6.材料開発を加速する統合プラットフォーム

  ASAPは、第一原理計算（SIESTA／Quantum ESPRESSO）とMLIPをベースとして分子動力学、構造最適化、状態密度やバンド構造などの電子状態、反応経路解析、界面吸着、分子振動、光学応答を単一環境で実行できる統合プラットフォームです。材料探索から物性予測、反応解析までを効率的に進めることで、研究開発期間の短縮に貢献します。