平成 30 年度 文部科学省
ポスト「京」で重点的に取り組むべき社会的・科学的課題に関するアプリケーション開発・研究開発

平成 30 年度
「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
成果報告書

令和元年 5 月 31 日
大学共同利用機関法人自然科学研究機構
分子科学研究所
岡崎 進

本報告書は、文部科学省の科学技術試験研究委託事業による委託業務として、大学共同利用機関法人
自然科学研究機構分子科学研究所が実施した平成30
年度「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」の成果を取りまとめたも
のです。

目次
１．委託業務の題目 ..................................................................................................................................... 1２．実施機関（代表機関） .......................................................................................................................... 1
３．委託業務の目的 ..................................................................................................................................... 1
４．平成 30 年度（報告年度）の実施内容 .................................................................................................. 1
４－１．実施計画 ..................................................................................................................................... 1
４－２．実施内容（成果） ...................................................................................................................... 5
４－２－１．全体概要 .......................................................................................................................... 5
４－２－２．サブ課題 A 新エネルギー源の創出・確保 — 太陽光エネルギー ................................. 8
４－２－３．サブ課題 B エネルギーの変換・貯蔵 — 電気エネルギー .......................................... 20
４－２－４．サブ課題 C エネルギー・資源の有効利用 — 化学エネルギー .................................. 34
４－２－５．基盤アプリ設計・開発 .................................................................................................. 49
４－２－６．プロジェクトの企画・改善提案.................................................................................... 56
４－２－７．プロジェクトの総合的推進 ........................................................................................... 56
４－３．活動（研究会等） .................................................................................................................... 59
４－４．実施体制 ................................................................................................................................... 61
別添 1 学会等発表実績等
別添 2 実施計画i１．委託業務の題目「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」

２．実施機関（代表機関）

代
表

機関名

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 分子科学研究所

所在地〒444-8585 愛知県岡崎市明大寺町字西郷中 38 番地

課題
責任者

ふ り が なおかざき すすむ

生年西暦 1954 年 9 月 9 日（64 歳）

氏

岡崎 進

月日

※2019 年 4 月 1 日現在

名

所属部署名
連絡先

機
関

理論・計算分子科学研究領域
Tel. 0564-55-7460

しまだ まさあき

事務

氏

嶋田 匡晃

連絡

所属部署名

担当者

連絡先

教授

Fax. 0564-54-2254

E-mail okazaki@ims.ac.jp

ふ り が な名

役職

国際研究協力課産学連携係
Tel. 0564-55-7134

役職係長

Fax. 0564-55-7119

E-mail r7136@orion.ac.jp

３．委託業務の目的
本委託業務では、ポスト｢京｣を活用し、国家的に取り組むべき社会的・科学的課題の重点課題⑤エネルギー問題の解決に資するアプリケーション開発及び研究開発に取り組み、世界を先導する成果を創出することを目的として、産学官共同研究体制の下、我が国における物質にかかわる計算科
学の総力をあげてエネルギーの高効率な“創出”、“変換・貯蔵”、“利用”の新規基盤技術の開発を行う。本業務は、以下の３つのサブ課題で構成する：サブ課題 A 新エネルギー源の創出・確保、サブ課題 B エネルギーの変換・貯蔵、サブ課題 C エネルギー・資源の有効利用。
このため、大学共同利用機関法人自然科学研究機構を代表機関とし、国立大学法人神戸大学、国立研究開発法人理化学研究所、国立大学法人東京大学大学院工学系研究科、国立大学法人東京大学物性研究所、国立研究開発法人物質・材料研究機構、国立大学法人名古屋大学大学院情報学研究科、国立
大学法人名古屋大学大学院工学研究科、国立大学法人岡山大学、国立大学法人北海道大学、及び学校
法人早稲田大学を分担機関として本業務を実施する。

４．平成 30 年度（報告年度）の実施内容
４－１．実施計画①サブ課題A 新エネルギー源の創出・確保 — 太陽光エネルギー（再委託先：国立大学法人神戸大学、
国立研究開発法人理化学研究所、国立大学法人東京大学大 学 院 工 学 系 研 究 科 ）イ）光合成シミュレータの開発（再委託先：国立大学法人神戸大学）
GELLAN量子化学プログラムをベースとした光合成シミュレータでPHF法とモデル空間量子モン
テカルロ法による強相関ソルバーとアルゴリズムの高度化を行い、多核遷移金属錯体を用いた検1

証を行う。さらに、出口研究に向けた半導体光触媒に関するバンドアラインメントとキャリア特性の応用計算を実施する。
ロ）太陽電池シミュレータの開発（再委託先：国立研究開発法人理化学研究所）
数千～１万原子から成る大規模な分子系の励起状態計算の実現に向けて、昨年度までに開発した基底状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムと太陽電池シミュレータを高度化する。また励起状態計算に対しても、メモリ分割版プログラムの高度化に着手する。更に、
有機系太陽電池のエネルギー変換機構を解明するための手法や非断熱励起状態ダイナミクス、およびそれらのためのプログラムの高度化作業を実施する。加えて、有機系太陽電池のキーとなる
電荷移動状態を正確に表現することができる新たな交換汎関数を開発する。
ハ）有機太陽電池の高効率化の研究（再委託先：国立大学法人東京大学大 学 院 工 学 系 研 究 科 ）有機太陽電池における光エネルギー変換高効率化を目指し、ノンフラーレンアクセプター/ドナー界面での大規模励起状態計算により電荷分離過程を解明する。
また、ペロブスカイト太陽電池および水分解光触媒の光誘起キャリア緩和機構解明に向けて、大規模励起状態計算により、光励起生成エキシトンの特性とキャリア緩和過程を解明する。
②サブ課題B エネルギーの変換・貯蔵 — 電気エネルギー（再委託先：国立大学法人東京大学物 性 研
究 所 、国立研究開発法人物質・材料研究機構、国立大学法人名古屋大学大 学 院 情 報 学 研 究 科 、国立大学法人名古屋大学大 学 院 工 学 研 究 科 ）イ）全電池シミュレータの総合的開発 （再委託先：国立大学法人東京大学物 性 研 究 所 ）平成29年度までに開発したDFT+RISM法に基づき電極界面での等温吸着曲線を求め、それに基づき得られる電流電圧曲線(cyclic voltammetry)を実験と比較することにより手法の信頼性の確認を行う。
また、遷移金属酸化物の酸素還元反応に関する第一原理計算を継続して行い、実験結果と比較
しながら白金代替電極材料の高活性化のための物質探索を進める。
ロ）全電池シミュレータの要素技術開発 （再委託先：国立研究開発法人物質・材料研究機構）
ポスト「京」に向けた第一原理分子動力学(MD)自由エネルギー計算アプリstat-CPMDの高効率化に目処をつけ、高機能化（バイアス機能、サンプリング改良、トポロジカル解析連携、グリーン関数手法連携など）を更に進める。
それらをベースに、リチウムイオン電池、次世代二次電池の電解液特性解析（溶媒和構造、電気化学安定性、イオン伝導性など）、電解液探索、界面被膜構造探索、界面被膜特性解析を進め、高性能電解液、被膜の設計指針を構築する。さらに古典MD 法との連動性も高める。
ハ）全電池シミュレーション技術の開発研究 （再委託先：国立大学法人名古屋大学大 学 院 情 報学研究科）
100万原子規模の反応シミュレーションの実現を目標として、Red Moon法プログラムのさらなる高並列化・高速化に着手する。
電極電位の制御条件下での二次電池用電解液の電極近傍における溶媒構造の解析と被膜形成シミュレーションを実施する。複雑な表面構造を持つ電極モデルを用いた電極-電解液界面のMD
シミュレーションを実施し、溶媒構造の表面構造依存性を解析する。

2ニ）全電池シミュレータの基盤技術の開発研究 （再委託先：国立大学法人名古屋大学大 学 院 工学研究科）
MODYLASの高度化・開発を継続する。特に、平成29年度に開発したFMMおよび粒子対計算に関わる新規通信アルゴリズムならびに新規FMM演算アルゴリズムのMODYLASへの実装を行う。さらに、
ホットスポットに対してSIMD最適化を行う。
また、全電池シミュレータの重要な構成要素である三相界面など不均一環境下での物質輸送に対する解析手法の開発に着手するとともに、電解質膜中でのグロータス機構を含むプロトン移動について継続して研究を行う。
③サブ課題C エネルギー・資源の有効利用 — 化学エネルギー（再委託先：国立大学法人岡山大学、
国立大学法人北海道大学、学校法人早稲田大学）
イ）メタンや水素ハイドレート実用基盤の確立（再委託先：国立大学法人岡山大学）
種々のハイドレートの温度・圧力に加えて組成も含めた空間における熱力学的安定性の基礎原理を構築する。さらに、これに基づいてセミクラスレートの安定性の基礎
原理を明らかにする。
ロ）触媒反応経路探索計算（再委託先：国立大学法人北海道大学）
平成29年度は、反応経路自動探索プログラムGRRMとSMASHの連結ソフトウェアの整備を進め、さらにGRRMとNTChemの連結に着手した。平成30年度は、GRRMとSMASHおよびGRRMとNTChemの連結ソ
フトウェアの並列効率向上にむけてコードのチューニングを行い、超並列環境で触媒反応の反応
経路自動探索計算を実現する。
ターゲットとする触媒としては、我々が実験グループと連携して提案した非白金系燃料電池触媒候補のBN/Auに焦点をあてさらなる高機能化に取り組むとともに、CO2有効資源化触媒の機構解明に着手する。
ハ）CO2吸収シミュレーションのための超並列電子状態計算法（再委託先：学校法人早稲田大学）
シミュレータの開発では、メタダイナミクス法の階層的並列化により構造サンプリングと自由エネルギー計算の可用性向上を図る。また、メモリ使用量の削減に関するアルゴリズムを検討し、従来100万原子系であったDC-DFTB計算を1000万原子系で実現する。さらに、MOFなどの材料系を取り扱うための遷移金属を含む計算パラメータのさらなる高精度化を進める。
実証計算では、平成29年度までに開発した速度論モデルによる反応性解析手法を大規模混合アミン溶液系に適用し、化学吸収法の高性能化に資する知見を得る。また、可用性向上により効率化した自由エネルギー計算手法により、アミン-CO2系素反応の多次元反応自由エネルギー地形解
析を実行する。
ニ）メタンハイドレートの溶融や貯蔵に向けた新規技術の理論
メタンハイドレードの分子動力学シミュレーションの多ノードマシンでの並列化効率を高めるため、演算と通信のオーバーラップ、プロセス間通信パターン改良及び通信量削減を含めた通信時間削減アルゴリズムを開発し、平成29年度に開発したメモリ削減アルゴリズムと組み合わせる。

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④基盤アプリ設計・開発（再委託先：国立研究開発法人理化学研究所）
コデザインワーキンググループを継続開催することにより、ターゲットアプリに関するコデザインを推進する。また、コデザインワーキンググループ活動の成果をもとにポスト｢京｣に向けた基盤
アプリの高度化を進める。
⑤プロジェクトの企画・改善提案（再委託先：国立大学法人名古屋大学大学院工学研究科、国立大学法人神戸大学）
プロジェクト推進上の課題、或いは課題になると思われる事項について、幅広く検討を行い、課題責任者と協議し、プロジェクトを遅滞なく推進するための企画や改善策を運営委員会へ提案する。併せて、プロジェクト推進のために課題責任者の補佐を行う。
⑥プロジェクトの総合的推進
プロジェクト全体の連携を密としつつ円滑に運営していくため、運営委員会などの開催等、参画各機関の連携・調整にあたる。特に、プロジェクト全体の進捗状況を確認しつつ計画の合理化を検討し、必要に応じて調査或いは外部有識者を招聘して意見を聞くなど、プロジェクトの推進に資する。プロジェクトで得られた成果については、広報や研究活動を通じて積極的に公表し、今後の展開に資する。加えて、上記①から③で開発するシミュレータのコアとなる基盤アプリ（NTChem,GELLAN,MODYLAS,stat-CPMD）について、ポスト「京」開発ベンダーと協力してポスト「京」をターゲットとした高度化を実施し、基盤アプリと連携し課題解決にあたるアプリケーションを整備していく。
尚、本プロジェクトのサブ課題間は勿論、重点課題⑥を含む関連するプロジェクトとのコミュニ
ケーションを密に行う。また、国内外のエネルギー関連課題の調査研究により産業界の実ニーズを把握すると共に、実験研究の進展をタイムリーに取り込むための民間企業研究者・実験研究者と定期的に交流する。これらの目的のために、公開の研究会などの企画・実施を行う。
ポスドク（研究員）については、有能な人材を確保し、育成する計画を継続する。これに伴い、将来のステップアップまで見据えた登用、人材育成の取り組みを継続していく。

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４－２．実施内容（成果）４－２－１．全体概要
本重点課題では、ポスト｢京｣を駆使することにより、太陽電池、人工光合成による新エネルギーの創出・確保、燃料電池、二次電池によるエネルギーの変換・貯蔵、また、メタンやCO2の分離・回収、貯蔵、触媒反応によるエネルギー・資源の有効利用など、太陽光エネルギー、電気エ
ネルギーや化学エネルギーにおいて中心的な役割を担う複雑で複合的な分子・物質過程に対する電子・分子レベルでの全系シミュレーションを行い、実験研究者、産業界と連携して、高効率、
低コスト、また環境に優しく持続可能なエネルギー新規基盤技術を確立し、同時に、これまで計算機資源の不足により制限されていた孤立系や部分系における単一現象の科学から脱却し、現実系である界面、不均一性を有する電子、分子の複合現象を統合的に捉え得る新しい学術的視点を確立し、科学的なブレークスルーを達成することを目指している。
平成30年度の成果は以下の通りであり、ポスト｢京｣に向けたプログラム開発、研究開発が順調に進んでいる。
サブ課題 A：太陽電池シミュレータを構成する NTChem（汎用第一原理電子状態計算ソフト、
コデザインのターゲットアプリ）において、基底・励起状態に関する密度汎関数計算のためのメ
モリ分割版プログラムの開発と、有機系太陽電池の機構解明のための手法開発を行った。
人工光合成シミュレータを構成する基盤アプリ GELLAN（階層的量子化学計算ソフト）においては、ポスト PHF 法において律速段階となる二電子積分の縮約を、高いロードバランスで分散並列させ、大規模非線形方程式に現れる零空間を反復的に取り除く新規手法を開発した。また、モデル空間量子モンテカルロ法を省メモリで高速に実行できるように高度化並列実装した。更
に、新規の強相関ソルバーとして、完全結合クラスター還元法を開発した。
実証研究においては、有機太陽電池の高効率化を目指し、ノンフラーレンアクセプター分子のF置換による電荷分離過程への影響を大規模励起状態計算により明らかにし、電荷分離過程の自由エネルギー解析のシミュレーション手法を開発した。ペロブスカイト酸化物SrNbO3の水分解光触媒機構を第一原理計算により明らかにし、またペロブスカイト酸窒化物のアニオン配列を機
械学習を用いて予測した。
可視光応答型ペロブスカイト半導体に対し、「京」を利用した第一原理計算スクリーニングに基づき適切な材料を提案した。また、ポスト PHF 法を用いて、[Fe2S2(SCH3)4]2-のスピン状態計算
による Heisenberg 結合定数の高精度予測を行った。更に、バトラー式と HSE06 汎関数の計算を組み合わせ、ペロブスカイト半導体のバンドギャップを求め、実験との比較を行った。
サブ課題B：二次電池の電極・電界液界面計算のためのアプリ開発として、第一原理計算statCPMDの大規模並列対応を行い、量子古典混合計算手法RedMoonの高並列化のためのLAMMPS導入をおこなった。燃料電池電極界面の第一原理計算については、開発したDFT+RISM法を高並列可能な
STATEへ展開し、サイクリックボルタンメトリー（電流電圧曲線）計算予測の目処をつけた。固5体高分子の古典分子動力学計算MODYLASの性能向上のため、新規FMM演算アルゴリズムの実装等を行った。
実証研究においては、二次電池メカニズム解明に関しては、電解液系及び遷移金属酸化物正極―電解液界面における微視的機構を明らかにした。また、電極近傍における溶媒構造の解析と被膜形成シミュレーションを実施し知見を得た。燃料電池については、白金表面上での水素の吸着
エネルギーを高精度に予測した。また、三相界面など不均一環境下での物質輸送に対する解析手法の開発に着手し、位置に依存する拡散係数の評価方法を開発し検証した。
サブ課題C：ハイドレートについては、温度、圧力、そしてゲストのモル分率を独立変数としてハイドレート生成条件を求める基礎原理の更なる展開を図り、それに基づいたソフトの開発
により種々のゲスト分子の取り扱いが可能となった。また、包接水和物による天然ガスパイプラ
インの詰まりを防ぐ速度論的阻害剤の分子機構を大規模分子動力学シミュレーションにより明らかにした。
高 機 能 触 媒 開 発 に つ い て は 、 GRRM/SMASH に より C4H10 の 反 応 経 路 網 羅 探 索 を 実 施 し た 。
GRRM/NTChemの稼働を確認し、さらにGRRMを任意のMPI並列電子状態計算ソフトウェアと連結できるmpi_comm_spawnを用いた並列機能の実装に着手した。Cuクラスター触媒によるNO解離に対し反応経路探索＋インフォマティクス解析を行い、さらに窒素ドープ炭素触媒の微視的機構解明に成功した。
CO2分離・回収については、凝縮相内化学反応シミュレータの高速化に向けて階層的MPI並列メ
タダイナミクス計算の機能を実装し、また、省メモリ並列計算のアルゴリズム開発を行い、取り扱える原子系サイズを1000万原子以上に拡張した。立体障害を持つ単一および混合アミン溶液
系の大規模化学反応シミュレーションを実施し、CO2吸収反応経路に関する解析を進めた。
基盤アプリ開発：ターゲットアプリであるNTChemについて、ホットスポットの高速化、メモリ分割版アルゴリズム、単精度-倍精度混合精度化に加えてファイル読み込み時間を削減し、ポス
ト｢京｣における当初計画の性能実現の見通しを得た。また、基盤アプリ設計・開発WGを2回開催
し、基盤アプリと課題アプリDC-DFTB-Kの高度化を推進した。
プロジェクトの推進のため、運営委員会(5 回)及び諮問委員会(3 回)を開催した。本課題で得られた成果を広報するために、研究成果説明 CG 制作、分子科学研究所一般公開、理研計算科学
研究センター一般公開出展や研究成果の重点課題 5 ホームページ掲載などを行った。尚、産業界の実ニーズを把握すると共に、実験研究の進展をタイムリーに取り込むため、重点課題 5 第 2
回 実験・産業との連携シンポジウム、第 5 回公開シンポジウムや産応協との意見交換会等を開催し、情報発信と収集に努めた。また、本課題で開発するアプリ利用人材を育成することを狙って、大規模並列量子化学計算プログラム SMASH 講習会を 2 回開催するとともに、量子化学(参6加者 87 名、講師 9 名）
、分子シミュレーション(参加者 129 名、講師 16 名)のスクールなどを開催した。更に、｢京｣計算機資源の利用について管理を行い、計画的に配分値を使いきった(101%利用)。

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４－２－２．サブ課題Ａ 新エネルギー源の創出・確保 — 太陽光エネルギー[責任者]天能精一郎（神戸大)[実施者]天能精一郎（神戸大)、中嶋隆人（理研）、山下晃一（東京大）[研究の背景と目的]
太陽光を利用して高効率エネルギー変換を行うための理論的研究を行う。対象を光合成系と有機系太陽電池とし、前者では、植物の光合成における明反応の仕組みを電子状態計算により明らかにし、人工光合成系の設計指針への可能性を探ると共に、金属錯体や半導体光触媒での水分解反応機構に関する基礎研究を行う。また、有機薄膜太陽電池の高効率化に向けて、分子設計とモルフォロジーや界面の制御に関する理論研究を行う。得られた知見をもとに、エネルギー変換
効率の高い有機系太陽電池や人工光合成を実現するための新規エネルギー材料をシミュレーシ
ョンと実験の共同研究により見出し、資源問題の解決に貢献する。
化石燃料を輸入に頼る我が国では、それに代替する化学原料の確保が重要な課題である。太陽光によって水分解を行う人工光合成では、水素燃料の利用やCO2との合成触媒反応による化学品の製造が期待され、実用化に向けた研究開発が国プロとして進められている。その一方で、高効率の水分解を実現する光触媒の開発には未解決な要因が多く、計算科学的なアプローチを援用した集約的な開発が必要である。本研究項目では、主に階層的量子化学プログラムGELLANをベースとした光合成シミュレータを開発し、ポスト｢京｣の十分な活用を可能にする基盤技術の整備を行う。更に、開発されたアプリケーションを用いて、半導体光触媒や植物を模した多核金属錯体の反応メカニズムの解明を行い、高効率の光触媒設計の明確な指針を示す。
一方、太陽光発電は太陽電池を用いて光起電力効果を利用し、太陽光エネルギーを電気エネル
ギーへ直接変換できる発電方式であり、無尽蔵にある太陽エネルギーの有効利用として、再生可能エネルギー創生の要である。太陽電池は光吸収材料あるいはデバイス形態などにより、多くの種類に分類されるが、光吸収層に有機化合物を用いた有機太陽電池は、軽量、フレキシブルで意
匠性が高く、塗布プロセスにより安価に製造することができる事から、次世代太陽電池の主流になると期待され、現在世界中で活発な研究開発競争が行われている。本課題では、有機太陽電池における光エネルギー変換の高効率化を目指し、NTChemを中心とした太陽電池シミュレータを開発することにより、太陽光により生成したエキシトン（クーロン相互作用した電子－正孔対）の有機電子供与体（ドナー材料）
・有機電子受容体（アクセプター材料）界面での電荷分離過程を高効率に起こす有機物材料を探索する。またドナー・アクセプター活性層界面のモルフォロジ
ーについて、高効率化に有効なバルク構造の実現プロセスを分子論的に明らかにする。
[研究成果の概要][アプリ開発]太陽電池シミュレータを構成する NTChem では、基底・励起状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムの開発と、有機系太陽電池の機構解明のための手法開発を行った。

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人工光合成シミュレータを構成する基盤アプリGELLANでは、ポストPHF法において律速段階となる二電子積分の縮約を、高いロードバランスで分散並列させ、大規模非線形方程式に現れる零空間を反復的に取り除く新規手法を開発した。また、モデル空間量子モンテカルロ法を省メモリで高速に実行できるように高度化並列実装した。更に、新規の強相関ソルバーとして、完全結合
クラスター還元法を開発した。
[実証研究]
有機太陽電池の高効率化を目指し、ノンフラーレンアクセプター分子のF置換による電荷分離過程への影響を大規模励起状態計算により明らかにし、電荷分離過程の自由エネルギー解析のシミュレーション手法を開発した。ペロブスカイト酸化物SrNbO3の水分解光触媒機構を第一原
理計算により明らかにし、またペロブスカイト酸窒化物のアニオン配列を機械学習を用いて予測した。
可視光応答型ペロブスカイト半導体に対し、「京」を利用した第一原理計算スクリーニングに基づき適切な材料を提案した。また、ポスト PHF 法を用いて、[Fe2S2(SCH3)4]2-のスピン状態計算
による Heisenberg 結合定数の高精度予測を行った。更に、バトラー式と HSE06 汎関数の計算を組み合わせ、ペロブスカイト半導体のバンドギャップを求め、実験との比較を行った。
[サブ課題A内活動]
実験研究者や企業研究者と一層の連携のため、2018年12月11日に北海道大学プロンティア化学教育研究センター 2階 レクチャーホールで開催した第2回実験・産業との連携シンポジウム
にて、パネルディスカッション等で共通の課題や連携の課題について議論した。

9イ）光合成シミュレータの開発[実施者]天能精一郎（神戸大)[実施担当]土持崇嗣、上島基之、XU ENHUA、島崎智美（神戸大）[実施概要]
ポストPHF法において律速段階となる二電子積分の縮約を、高いロードバランスで分散並列させた。同手法の大規模非線形方程式に現れる零空間を反復的に取り除く新規手法を開発した。
又、モデル空間量子モンテカルロ法を省メモリで高速に実行できるように高度化並列実装した。
更に、新規の強相関ソルバーとして、完全結合クラスター還元法を開発した。
ポスト PHF 法を用いて、[Fe2S2(SCH3)4]2-のスピン状態計算による Heisenberg 結合定数の高精度予測を行った。又、バトラー式と HSE06 汎関数の計算を組み合わせ、ペロブスカイト半導体のバンドギャップを求め、実験との比較を行った。
[開発アプリケーションと計算モデル]
ポストPHF法における計算対象であるm-ベンザインと[Fe2S2(SCH3)4]2-はそれぞれ40個, 184個の電子を持つ分子であり、基底関数にはcc-pVTZ, SVPを用いた。半導体計算ではペロブスカ
イトABO3の計算を行った。(A=Sr, Ba, Fe, Co, Ni, Pb, Mo, Cd; B=Ti) 汎関数はPBEでサン
プルK点はMonkhorst法で6×6×6のセルサイズをとり、520Ryをエネルギーカットオフとした。
[並列計算の方法と効果]
ポスト PHF 法の一つである、結合クラスター近似（ECCSD）法の二電子励起演算子の占有電子ペアに対する MPI/OpenMP ハイブリッド並列を行い、高いロードバランスでの並列化に成功した。又、モデル空間量子モンテカルロ（MSQMC）法においても MPI/OpenMP ハイブリッド並列を進めた。具体的には従来は Flat MPI で実装されていた Walker の分散を OpenMP の指示行を加えてスレッド間での Walker 分散を行った。
[研究成果]
ポスト PHF において最も計算コストの高いステップは、仮想軌道のみからなる分子積分(ab|cd)と CI 係数 t(cd,ij)の縮約であり、仮想軌道数が占有軌道数の数倍〜数十倍必要になる高精度計算においては、この部分が計算時間のほぼ全てを占めていた。平成 30 年度は、電子ペア ij に対して分散する MPI-OpenMP ハイブリッド並列実装を行い、これを平成 29 年度で達成した分子積分を用いない省メモリ計算法と組み合わせることにより、高いロードバランス
で並列化することに成功した。占有軌道数が 28、仮想軌道数が 432 である m-ベンザイン分子に対して適用したところ、32 コアで 25 倍程度の加速化が得られた。また、CC にスピン射影を用いる結合クラスター近似（ECCSD）法では大規模非線形方程式を解く必要があるが、一電子・二電子励起空間が過完備であり、内包される零空間を取り除かなければならない。このためには通常、大規模行列の特異値分解が必須となるが、これを小規模な部分空間内で解き、反復的に解を収束させていく新たな手法を開発した。これにより、今までメモリ・計算量の両面で実10行不可能であった計算が非常に低コストで可能になり、ECCSD の適用範囲を大きく押し広げる
ことに成功した[1]。
従来のモデル空間量子モンテカルロ(MSQMC)法では倍精度変数を用いて行列式のバイナリ表現を行なっていたため、最大 64 軌道を超える完全活性空間(FCI)問題を取り扱えなかった。
そこで行列式のバイナリ表現を多倍長化し、任意の軌道の FCI 問題を取り扱えるように拡張した。また従来の MSQMC 法は Flat MPI 実装であったため Walker のメモリ分散において AlltoAll
通信のコストが顕著であった。MPI/OpenMP ハイブリッド並列実装したことでその通信コスト
を約 1/8 に削減することができ、高度化を実現できた。ハイブリッド並列では分子積分などがメモリ共有されるので省メモリ化も同時に達成できた。このように現行の MSQMC は従来よりも大きな完全活性空間での計算を省メモリで高速に実行可能である。水素発生系錯体として[Fe2S2]2+(8.6×1027 次元の FCI 問題)を用いて新規の MSQMC のテスト計算を行った。京コンピュータを用いればシミュレーション可能であり、妥当な FCI エネルギーを与えることが実証された。
結合クラスター理論を用いた、新しい強相関ソルバーの開発も行った。４次までの交換子をあらわに展開することにより、任意の励起演算子を含む完全結合クラスター法を実現した。
更に、射影空間と交換子にスクリーニングを施すことにより完全結合クラスター還元法(FCCR法)の開発に成功した。FCCR 法は、電子の静的相関と動的相関を同時に取り扱う事が可能で、多核遷移金属錯体からなる光合成系の電子状態の精密計算が可能である[2]。
半導体を含むバルク系の電子状態計算では密度汎関数理論に基づく第一原理計算が有効であるが、バンドギャップの過小評価など電子相関効果の取り扱いがボトルネックとなっており、現在でも様々な計算手法が議論されている。このようなバルク系における強相関計算に対する新しいアプローチとして、バルク系の局所模型をポスト HF 計算に基づく量子化学計算によって解析する数値計算手法を提案した。そこでは、バルク系に対する HF 計算から Bloch 波動関数を計算し、そこから得られる最局在 Wannier 関数（MLWF）を基底関数とする有効ハミルトニ
アン（即ち Fock 行列と相互作用行列）を評価し、バルク系の局所模型である強相関クラスタ
ーモデルを導出した。これによって、半導体光触媒の性能評価を含めたバルク系の高精度な電子状態計算を行う数値計算手法の確立が期待される。
水素発生系モデルの遷移金属錯体[Fe2S2(SCH3)4]2-のように複雑に縮退した分子では、分子振動モードに隠れてしまうほど非常に小さなエネルギー分裂を引き起こし、実験的に解析を行うのは困難である。遷移金属錯体の計算によく用いられる密度汎関数理論では Heisenberg 結合定数の予測が 310 cm-1 と、既知の類似化合物[Fe2S2(S2-o-xyl)2]2-の実験値 148±8cm-1 から大きく乖離しており信頼性に乏しいことが知られている。そこで高精度な計算による予測を行うことを目的として、ポスト PHF 法を用いて Heisenberg 結合定数を算出した。その結果、配置間相互作用（ECISD+Q）及び ECCSD ではスピンギャップ s=1 に対して、162.1, 184.3cm-1 となり、[Fe2S2(S2-o-xyl)2]2-の実験値を程良く再現し合理的な結果となった（図 4-2-2-1）[3]。一方でより高コストな密度行列繰り込み群法 SCF（DMRG-SCF）では 234.6cm-1 であるが、これは十分な

11動的電子相関を加えておらず定量的結果に至らなかったためと考えられる。以上から、遷移金属錯体計算におけるポスト PHF 法の優位性を示せた。

8000

SUHF
ECISD
ECISD+Q
ECCSD
DMRG

7000

Energy gap (cm-1)

6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0

1

2

3

4

5

S

図 4-2-2-1. ポスト PHF 法を用いた[Fe2S2(SCH3)4]2-遷移金属錯体におけるスピンギャップ（横軸）と Heisenberg モデルへのフィット
Z-Scheme 型人工光合成の材料を理論設計するためには吸収波長や酸化還元準位を定量的に求める方法論の確立は必須である。そこで紫外可視光吸収帯を有する ABO3 型ペロブスカイト
半導体の価電子帯上端(VBM)、伝導帯下帯(CBM)、バンドギャップを定量的評価するために様々な計算手法を用いて電子状態計算を行い、網羅的な方法論の探索を行なった。バンドギャップを高精度に計算するためには重原子効果や多体相互作用を考慮しなければならない。そこでス
ピン軌道相互作用やオンサイトクーロン反発、HF 交換項の寄与を比較し、密度汎関数理論 GGA,
HSE06, GGA+U,GGA+SO などで VASP を用いてバンド計算を行なった。汎関数は HF 交換項が含まれる HSE06 がバンドギャップの 1eV 誤差内程度で定量的な結果を与えることがわかった。HSE06
でスラブ模型を用いればバンド曲がりが定量的に計算可能ではあるが、計算コストが大きいた
め、材料のスクリーニングには適さない。一方、Butler らの経験的手法では、バンドギャップと電気陰性度から簡易にバンドの情報が求まる。HSE06 と Xu らの電気陰性度パラメータを用いてバンドギャップ計算したところ、実験値を半定量的に再現し（図 4-2-2-2）、本手法がスク
リーニングに有効であると考えられる。

12

Ec (calc.)-1.0

Potential vs. NHE (eV)

-0.5
0.0

H2 / H2O

0.5
1.0
1.5

O2 / H2O

Ev (calc.)

2.0
2.5
3.0
3.5
4.0

SrTiO3 BaTiO3 FeTiO3 CoTiO3 NiTiO3 PbTiO3 MnTiO3 CdTiO3

図4-2-2-2. 計算によって得られた水素標準電極を基準としたときの酸化還元準位（実線：実験値、破線：計算値）[研究成果の利活用について]
これまで開発されたソルバーの検証のために、実験研究者との共同研究の課題を進めた。
[今後について]人工光合成シミュレーターを成す強相関ソルバーは、PHF 法、PostPHF 法、MSQMC 法の MPIOpenMP ハイブリッド並列が進み、新規の完全結合クラスター還元法の開発も行われた。今後はアプリケーションソフトウエアの高度化を継続すると共に、最局在化ワニエ有効模型に適用し、定量的なバンド構造の予測を進める事により、有効な半導体光触媒の材料設計や界面付近でのバンド曲がりを含めた面依存性やデバイス特性の予測に展開する。
[参考文献][1] T. Tsuchimochi and S. L. Ten-no, J. Chem. Phys., 149 044109 (2018).
[2] E. Xu, M. Uejima, and S. L. Ten-no, Phys. Rev. Lett., 121 113001 (2018).
[3] T. Tsuchimochi and S. L. Ten-no, J. Comput. Chem., 40 267-280 (2019).

13ロ）太陽電池シミュレータの開発[実施者]中嶋隆人（理研)[実施担当]神谷宗明、中塚温、嶺澤範行、米原丈博、澤田啓介、植村渉（理研)[実施概要]
基底・励起状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムの開発と、有機系太陽電池の機構解明のための手法開発を行った。
可視光応答型ペロブスカイト半導体に対し、「京」を利用した第一原理計算スクリーニングに基づき適切な材料を提案した。
[開発アプリケーションと計算モデル]
本プロジェクトで開発している太陽電池シミュレータは、分子科学計算ソフトウェア
NTChem をベースにしている。
計算モデル：数千～１万原子から成る大規模な分子系の基底・励起状態計算、29,160 種類の可視光応答型ペロブスカイト半導体材料候補
実証研究利用アプリケーション：NTChem をベースにした密度汎関数法・時間依存密度汎関数法
計算プログラム 、NTChem、VASP[並列計算の方法と効果]
数千～１万原子から成る大規模な分子系の基底・励起状態計算の実現に向けて、密度汎関
数法計算プログラムに対し、「京」で採用されているTofu高次元トーラスネットワークアーキ
テクチャを有効に利用したアルゴリズムを設計することで通信を隠蔽し、さらに我々が開発した高並列疎行列ライブラリNTPolyを使って疎行列演算することで大規模な密度汎関数法計算を実現した。また、密度汎関数法における相関交換ポテンシャルの数値積分計算部のループの並列構造に変更を加え、さらに高コスト部に対しスレッド並列化を施すことで、「京」での計算処理を約30倍に高速化することができた。
[研究成果]
数千～１万原子から成る大規模な分子系の励起状態計算の実現に向けて、平成 29 年度までに開発した基底状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムと太陽電池シ
ミュレータを高度化した。
「京」で採用されている Tofu 高次元トーラスネットワークアーキテ
クチャを有効に利用したアルゴリズムを設計することで通信を隠蔽し、さらに我々が開発した
高並列疎行列ライブラリ NTPoly を使って疎行列演算することで大規模な密度汎関数法計算を実現した（図 4-2-2-3）[1]。
また、密度汎関数法に基づいた励起状態計算に対しても、メモリ分割版プログラムの高度化に着手した。密度汎関数法における相関交換ポテンシャルの数値積分計算部のループの並列構造に変更を加え、さらに高コスト部に対しスレッド並列化を施すことで、「京」での計算処理を約 30 倍に高速化することができた[2]。

14図 4-2-2-3. 開 発し た三 次元 分散 並 列計 算アル ゴリ ズム に 基づ いた 2 電 子積 分部(Coulomb 積分と HF 交換積分) の計算時間 (横軸: 原子数，縦軸: 計算時間)
更に、有機系太陽電池のエネルギー変換機構を解明するための手法や非断熱励起状態ダイ
ナミクス、およびそれらのためのプログラムの高度化作業を実施した[3]。加えて、有機系太陽電池のキーとなる電荷移動状態を正確に表現することができる新たな交換汎関数を開発した。
太陽電池シミュレータの実証研究として、可視光応答型ペロブスカイト半導体に対し、
29,160個という膨大な数の組み合わせの化合物を選び出し、これらの化合物に対して「京」を利用した第一原理計算を実施し、元素戦略的なハイスループット・スクリーニングに基づき、適切な材料を効率よく探索した。その結果、6個の安価な元素だけからなるペロブスカイト半導体の候補化合物を発見した。d0/d10電子配置を持つペロブスカイト窒素酸化物と部分占有d電子を持つペロブスカイト酸化物が適切なバンドギャップとバンド端位置を持つ可視光応答型半導体に適していることを設計指針として提案することもできた[4]。
また、ペロブスカイト太陽電池の新規正孔輸送材料の材料設計のために、太陽電池シミュレ
ータを活用した量子化学シミュレーションを｢京｣で実施する準備計算と推測のための機械学
習技術の構築を始めた。

15

[研究成果の利活用について]
平成 29 年度に引き続き、RIST と連携し、NTChem の最新版の導入、実行シェル等の準備、チュートリアル、ドキュメントの整備等を提供することで、ユーザの利便性向上、成果の早期の最大化、システムの効率的な利用、ユーザのすそ野拡大等、を図ることを目的として、「京」
及びその他の HPCI を構成するシステム(HPCI システム)において NTChem の利用環境を整備した。
[今後について]最終年度は、数千～1 万原子から成る大規模な太陽電池材料に対して基底状態に加えて励起状態での挙動や物性のシミュレーションを可能とする太陽電池シミュレータを完成させる。また、今後は、量子化学プログラム、第一原理バンド計算プログラム、分子動力学計算プログラ
ム、デバイスシミュレータをシームレスに連結させ、ミクロからマクロまでの連成計算を実現できる太陽電池統合シミュレータを開発し、そのシミュレータを利用した成果創出に向けた実証研究を行う。
[参考文献][1] W. Dawson, 澤田啓介, 神谷宗明, 中嶋隆人, シミュレーション学会誌, 投稿準備中.
[2] M. Kamiya, T. Nakajima, “Relativistic time-dependent density-functional theory
for molecular properties”, in Frontiers of Quantum Chemistry, edited by M.
Wójcik, H. Nakatsuji, B. Kirtman, Y. Ozaki (Springer), 223–247 (2018).
[3] T. Yonehara, N. Minezawa, T. Nakajima, “Excited-State Dynamics in NTChem”, inMolecular Spectroscopy: A Quantum Chemistry Approach, edited by Y. Ozaki, M. J.
Wojcik, J. Popp (Willey), 43–78 (2019).
[4] K. Sawada, T. Nakajima, “High-throughput screening of perovskite oxynitride andoxide materials for visible-light photocatalysis”, APL Mater. 6, 101103 (2018).

16ハ）有機太陽電池の高効率化の研究[実施者]山下晃一（東京大)[実施担当]川嶋英佑、金子正徳（東京大）[実施概要]
有機太陽電池の高効率化を目指し、ノンフラーレンアクセプター分子の F 置換による電荷分離過程への影響を大規模励起状態計算により明らかにし、電荷分離過程の自由エネルギー解
析のシミュレーション手法を開発した。ペロブスカイト酸化物 SrNbO3 の水分解光触媒機構を第一原理計算により明らかにし、またペロブスカイト酸窒化物のアニオン配列を機械学習を用いて予測した。
[計算モデル]
有機太陽電池を構成する数百原子からなるノンフラーレンアクセプター/ドナー界面
5×5×5 のスーパーセルからなるペロブスカイト型半導体[研究成果]
有機太陽電池における光エネルギー変換高効率化を目指し、ノンフラーレンアクセプター/
ドナー界面での大規模励起状態計算により電荷分離過程を解明した。ドナー分子（PTB7）とノンフラーレンアクセプター分子（ITIC）、F 置換後のアクセプター分子（IT4F）の複合体について電荷移動距離、電荷移動量を時間依存密度汎関数計算により解析した結果、F 置換により開放電圧 Voc は減少するが、電荷移動距離、電荷移動量共に増加することが明らかとなり、短絡
電流密度 Jsc の増加、またアクセプター分子での光吸収増加により光電変換効率が向上すると考えられる。また有機太陽電池における、クーロン引力で束縛された電子－正孔対の分離メカ
ニズムに関して、キャリアの拡散に伴うエントロピーの寄与を、モンテカルロ計算により計算
し、電子－正孔対の分離過程の自由エネルギーに閾値が存在することを明らかにした。クーロン相互作用は、分離距離の増大にともない徐々に減少し続けるが、キャリアの拡散に伴うエントロピー寄与の増加により、電子－正孔対の分離過程の自由エネルギーは、分離距離 6nm で最大値を有する。すなわち、現実的な BHJ モルフォロジーを考慮すると、界面から分離距離が 6nmに達した後、電子と正孔はエントロピー拡散によって分離することが分かった（図 4-2-2-4）[1]。
水分解光触媒の光誘起キャリア緩和機構解明に向けて、大規模励起状態計算により、光励起生成エキシトンの特性を解明した。d1 型水分解光触媒として期待されるペロブスカイト
SrNbO3 について光学ギャップに関わる光励起のメカニズムを第一原理計算により明らかにした。金属的なバンド構造から表面プラズモンによる光励起エキシトン生成の可能性は否定できないが、Sr 欠陥・O 空孔によりフェルミ準位を変えることで光学ギャップを制御できること、
また A サイトカチオン置換により光吸収が向上することから水分解光触媒としての可能性を示した。さらにペロブスカイト型酸窒化物 BaNbO2N を例にして、機械学習に基づいて、大規模

17スーパーセルにおけるアニオン配列を迅速に予測できることを示し、大規模第一原理計算と併用し、現実的な要素配置に基づいて複雑な組成を有する機能材料の特性を予測する手段を開発した（図 4-2-2-5）[2,3]。

図 4-2-2-4. 電子と正孔の距離 Reh についての、クーロンポテンシャル（黒）、自由エネルギー（赤色）、およびエントロピー（青色）変化

図 4-2-2-5. 機械学習で予測された 5×5×5 のスーパーセルにおけるペロブスカイト
酸窒化物 BaNbO2N のアニオンオーダー[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。

18

家教授（阪大産研）：Ｆ置換ノンフラーレンアクセプター分子の材料設計に関して共同研究を開始した。
堂免教授（ArpChem, 信州大）
：水分解光触媒、ペロブスカイト酸窒化物の構造とバンドギャッ
プに関して共同研究を行った。
工藤教授（東理科大）：半導体化合物のバンド端に関して共同研究を行った。
[今後について]
有機太陽電池における光エネルギー変換高効率化を目指し、引き続きノンフラーレンアク
セプター/ドナー界面での大規模励起状態計算によりノンフラーレンアクセプター材料の理論設計を行う。これまで短絡電流密度、開放電圧向上のメカニズム解明について注力してきたが、今後は大規模シミュレーションによるＢＨＪモルフォロジーに関するデータ生成と機械学習を組み合わせ、フィルファクター向上のメカニズムについて検討する。また水分解光触媒材料に関しては光生成キャリアの寿命と材料欠陥との関連について研究を進める。
[参考文献][1]“Entropy

Promotes

Photovoltaics”,

ChargeEisukeSeparation

Kawashima,

in

Bulk

Heterojunction

MikiyaFujii,

Koichi

Organic

Yamashita,J.

Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, in press (2019)[2]“First-principles study on visible light absorption of defected SrNbO3”, Masanori
Kaneko, Kenji Mishima, Koichi Yamashita, J. Photochemistry & Photobiology A:
Chemistry, 375, 175–180 (2019)[3]“Regression model for stabilization energies associated with anion ordering inperovskite-type oxynitrides”, Masanori Kaneko, Mikiya Fujii, Takashi Hisatomi,
Koichi Yamashita, Kazunari Domen, Journal of Energy Chemistry, 36, 7-14 (2019)19

４－２－３．サブ課題Ｂ エネルギーの変換・貯蔵 — 電気エネルギー[責任者]杉野修（東京大)[実施者]杉野修（東京大)、館山佳尚（物材機構）、長岡正隆、岡崎進（名古屋大）[研究の背景と目的］
太陽光発電などを用いて創生された一次エネルギーを化学エネルギーとして安定に貯蔵し、消費時に電気エネルギーに変換して利用するためのインフラの構築が始まっている。蓄電社会
や水素社会の実現にとって最も重要な基盤技術は、二次電池技術と燃料電池技術である。これ
らの電池は電気自動車や燃料電池自動車、家庭用電源装置として既に商用化され、今後普及が見込まれている。それだけでなく、今後はスマートグリッドや産業用電源等の大型用途への二次電池利用が始まる。これらの推進のためには、電池の低コスト化、高信頼性、高耐久性、汎用元素の利用等が求められる。二次電池の開発に加え燃料電池に関しても、白金触媒と高分子膜を用いた固体高分子形燃料電池が燃料電池車用や家庭用電源として期待されており、今後の普及にはより低価格な触媒と高分子膜等による耐久性や信頼性・エネルギー効率の向上が不可
欠となる。
近年、
「京」コンピュータを用いた高度計算機利用において各部材の材料や材料界面で起こっている現象に対して原子・分子スケールでの計算が行われ、最新の実験結果と組み合わせた微視的な構造の決定や機構の解明につなげることが可能になってきた。この最新の科学的手法
を電池開発に向けて更に発展させ、諸外国に先駆けて現実の電池開発で利用可能な基盤技術として開発・提供することは、わが国の競争力を高める重要な要素となる。
そこで本サブ課題では、これまで開発してきた各シミュレーション手法を相補的に組み合わせて界面を総合的にミュレートできるアプリへと発展させる。これを用いて、電極・電極被膜・
電解質膜・電解液界面挙動に関する学理の構築、電池性能の予測、さらに各電池部材の最適材
料設計・探索を目指した総合的な研究活動を行う。
[研究成果の概要]
サブ課題Bでは、二次電池の電極・電界液界面におけるstat-CPMDを用いた第一原理計算およびRed Moonを用いた量子古典混合計算手法を構築し、Liイオン電池における負極界面膜の研究を進めた。燃料電池に関してはESM-RISMを用いた第一原理計算およびMODYLASを用いた古典分子動力学計算を開発・改良し、固体高分子形燃料電池における電極界面並びに高分子の研究を進めた。
[アプリ開発]燃料電池電極界面の第一原理計算については、開発したDFT+RISM法によるプログラムの、高並列計算が可能なSTATEへの移植を開始した。この完成により、サイクリックボルタンメトリー（電流電圧曲線）を非経験的かつ実効的に計算予測をすることが可能となる。燃料電池固体20

高分子の古典分子動力学計算の性能向上のため、新規FMM演算アルゴリズムの実装、圧力テン
ソル計算ルーチンの開発、FMM計算の正則化、開発したMS-EVBモデルコードのMODYLASへの実装等を行った。
二次電池電極の第一原理計算については、stat-CPMDの開発をポスト「京」に向けてメモリを削減し、大規模系計算に向けてI/O並列化を完成した。またRed Moon法に基づく計算の並列化効率を向上させるために、MDソルバにLAMMPSを用い新しいRed Moonの構築・整備を行った。
[実証研究]
燃料電池電極触媒としての白金表面上での水素の吸着エネルギーを、RPA(Random Phase
Approximation)法に基づき高精度に予測した。白金代替電極触媒として注目される酸化物の表面が高活性を示す理由を説明した。さらに、酸化物表面を高精度にモデリングする第一原理モ
ンテカルロ計算手法を開発した。三相界面など不均一環境下での物質輸送に対する解析手法の開発に着手し、位置に依存する拡散係数の評価方法を開発し検証した。電解質膜中でのグロータス機構を含むプロトン移動について研究を継続した。
二次電池メカニズム解明に関しては、電解液系に関する微視的物性の解析に加えて、遷移金
属酸化物正極―電解液界面における電解液分子の吸着状態及び酸化還元反応、化学反応について世界に先駆けた第一原理計算解析を実行し、その微視的機構を明らかにした。電極電位の制御条件下での二次電池用電解液の電極近傍における溶媒構造の解析と被膜形成シミュレーシ
ョンを実施した。負の電極電位により、溶媒が電極表面第一層で強く配向することが分かった。
[サブ課題B内活動]
サブ課題Bでは、サブ課題会議（7/5、10/10、3/1）を開催し、研究の進捗について情報交換を行うと共に、全電池シミュレータの今後の研究開発についての議論を行なった。

21

イ）全電池シミュレータの総合的開発[実施者]杉野修（東京大)[実施担当]笠松秀輔、春山潤、山本良幸、Lei YAN（東京大）[実施概要]DFT+RISM法に基づいて開発した電極界面の第一原理計算プログラムの、高並列計算が可能な
電子状態計算パッケージSTATEへの移植を開始し、作業を順調に進めた。これにより、サイクリックボルタンメトリー（電流電圧曲線）実験を非経験的に予測することができるアプリを高速動作させ、実効的な計算予測をするための見込みがついた。
RPA法に基づき、白金表面上での水素の吸着エネルギーを高精度に予測することに成功した。
また、ハイスループット計算に基づき、白金代替電極触媒として注目される酸化物表面が高活性を示す理由を説明することに成功した。さらに、酸化物表面を高精度にモデリングするため、第一原理モンテカルロ計算手法を開発し、その可能性を実証した。
[開発アプリケーションと計算モデル]
電気二重層効果を考慮した電極表面（最大数百原子規模）に対して、密度汎関数理論に基づ
く電子状態計算やエネルギーの計算を行うのが本計算モデルであり、これを高並列計算が可能
なSTATEにインストールしてシミュレーションを行う。
[並列計算の方法と効果]
STATEは逆格子ベクトル、バンド、k点に関して３重並列化されており100-1000並列が可能である。本アプリでは、この外側に原子配置に関する(モンテカルロやNEB)サンプリングに関する並列ループが回るため、プロダクトランでは数万並列が達成できる。モンテカルロ法では自明並列計算が可能なため、ポスト「京」での実効性能が期待できる。
[研究成果]
燃料電池のサイクリックボルタンメトリー（CV:電流電圧曲線）を予測できるアプリの開発のために、電気二重層効果を考慮した第一原理計算手法を発展させた。そのため、高並列計算が可能な電子状態計算パッケージSTATEに、溶液側の電気二重層（ヘルムホルツ層）をRISM法に基き考慮できる手法を移植する作業を開始し、これを順調に進めた。この金属電極系のための手法開発に加えて、半導体電極系のための手法開発も行った。すなわち、導電性担体・半導体・溶液界面において固体側の電気二重層（空乏層）をab initio MC法に基づき考慮できるプ
ログラムを開発した。また、通常の密度汎関数 (DFT)計算では吸着エネルギーが正しく再現できないため、RPAに基づき補正するための方法を試した。また、水素原子の量子効果を考慮するため、経路積分第一原理計算手法に基づく方法の検討も行った。以上のように、実効的な計算予測をするための非経験的なCV予測を行うという目標に向かって、開発を進展させた(図42-3-1)。

22図 4-2-3-1. 半導体理論と溶液論を組み合わせた電池シミュレーションの構築
空乏層とヘルムホルツ層を考慮した電極触媒のシミュレーション手法を開発した。
溶液側での研究から、白金電極における従来の DFT 計算を補う方法として、RPA 法などを用いた手法が有効であることがわかった。半導体側での研究から、酸化物触媒が白金よりも高活性を示す原因が説明できた。また、活性度向上のための物質設
計指針を提示した。
従来の第一原理DFT計算は白金表面上での水素の吸着エネルギーを過大評価し、高精度予測ができない。そこでRPA法に基づく高精度計算手法を用いることにより、実験をよく再現できることを示した。また、吸着サイトが水素原子の量子効果によって主に決まる様子を、詳細に示した[1]。これに加えて酸化物系半導体電極が、なぜ白金を超える酸素還元反応活性を示すのかについて、ハイスループット計算に基づいてその可能性を示すことができた。この計算の定量性を高め、より現実的な不純物分布の下で計算が可能になるように、ab initio MC法を開発した[2]。ab initio MDによるアプローチが固固界面では必ずしも有効ではないが、本計算手法ではポテンシャル障壁を乗り越えて速やかに熱平衡状態をサンプリングすることができることを示した。本計算手法はポスト京のような超並列機があって初めて実行可能となるものである。
[研究成果の利活用について]
NEDOの酸化物カソード触媒開発のプロジェクトにおいて、ZrO2やTiO2が高活性を示す理論説
明を与えることができた[3]。さらに、活性化向上のための指針を与えるなど触媒開発に貢献した。
[今後について]
燃料電池のサイクリックボルタンメトリー（CV:電流電圧曲線）を予測できるアプリの開発のために、電気二重層効果を考慮した第一原理計算手法を発展させた。金属電極系および半導体電極系のための手法開発を行った。金属系に対しては計算精度の向上、半導体系に対しては新たな計算手法の開拓、ハイスループット計算による説明および開発指針の提案を行った。今後、ポスト京でのプロダクトランを意識した開発を行う予定である。

23

[参考文献][1] L. Yan, Y. Sun, Y. Yamamoto, S. Kasamatsu, I. Hamada, and O. Sugino, “Hydrogen
adsorption on Pt(111) revisited from random phase approximation”, J. Chem. Phys.,
149, 164702 (2018).
[2] S. Kasamatsu and O. Sugino, “Direct coupling of first-principles calculations
with replica exchange Monte Carlo sampling of ion disorder in solids”, J. Phys.,
31, 085901 (2019).
[3] 山本良幸、笠松秀輔、杉野修「遷移金属酸化物 ZrO2を用いた電極触媒の計算機予測」燃料電池 vol. 18, 33 (2018).

24ロ）全電池シミュレータの要素技術開発[実施者]館山佳尚（物材機構）[実施担当]Randy JALEM、袖山慶太郎、Ashu CHOUDHARY、Xichan GAO（物材機構）[実施概要]
基盤アプリstat-CPMDの開発に関しては、ポスト「京」のアーキテクチャに対応する形でメモリ削減に取り組むとともに、大規模系計算に向けたI/O並列化の実装を完成させた。
「京」利用による二次電池メカニズム解明に関しては、電解液系に関する微視的物性の解析に加えて、遷移金属酸化物正極―電解液界面における電解液分子の吸着状態及び酸化還元反応、化学反応について世界に先駆けた第一原理計算解析を実行し、その微視的機構を明らかにした。
また触媒系の遷移金属酸化物界面の解析と合わせて統合的な理解を進めている。さらに表面反応速度論、固固界面構造探索、電解液機械学習などに関する手法開発にも着手した。
[開発アプリケーションと計算モデル]
密度汎関数理論による電子状態計算をベースにした高精度第一原理分子動力学サンプリン
グを様々な系で実施。統計精度向上に向けて複数初期構造による統計サンプリングを行い、反応（自由）エネルギープロファイルの計算にはconstrained手法を用いた。利用アプリケーシ
ョンとしてはstat-CPMDおよび姉妹コードであるCPを用いた。
[並列計算の方法と効果（性能）]
stat-CPMDの並列化は、平面波基底、バンドインデックス、熱力学積分・多重サンプリングに対してMPI並列化、FFTなどの電子状態計算カーネル部分に対してスレッド並列化を行なっている。これらにより「京」上で浮動小数点演算効率30%以上（最大で）を達成し、5000原子以上の系のテスト計算に成功した。最近はさらなるメモリ使用の改良とそれに付随したI/Oの並列化を行った。
[研究成果]
多重並列化による高効率化学反応自由エネルギー計算を目的とする基盤アプリstat-CPMDについては、昨年度FFT等の電子状態計算カーネルの高速化が終了し、ひとまず目標値である5000原子以上の系に対する第一原理サンプリング計算の実施に成功した。一方で、ポスト「京」コンピュータのアーキテクチャが徐々に明らかになり、大規模計算におけるメモリのボトルネッ
ク化が想定される事態となったことから、平成30年度はメモリ削減に関する調査および実装を行なった。また、I/O負荷および親プロセスのメモリ負荷の軽減に向けた各MPIプロセスから／への直接I/Oの実装も終了した。これにより大規模計算実行時の困難さが軽減できると考えられる。さらにstat-CPMDの公開に向けた環境整備をスタートさせたところである。
現在、大型蓄電池の開発に向けた基礎基盤技術の開発が盛んに行われているが、実用化にはさらなる高性能化、安全性向上が必要となる。しかし、実験観察の困難さも相まってその原子・分子レベルでの実態はまだわかっていない。

25

このような電極界面被膜（SEI膜）や新規電解液微視的物性、電解液劣化の微視的機構を明らかにするためには、量子力学に基づいた予言性の高い第一原理サンプリングシミュレーショ
ンが必要となる。しかし第一原理計算は計算コストが非常に大きく、多数の原子・分子が関わる複雑な構造・現象の取り扱いには限度がある。私たちは｢京｣コンピュータなどの大規模スパ
コンを高効率利用可能な第一原理計算プログラム(stat-CPMD)の改良・開発を行うことで、電池の動作温度における原子・分子の複雑なダイナミクス・化学反応を精度よくかつ１ジョブで計算できるようにした。
平成30年度の成果としては、これまで集中して調べてきた高濃度電解液系の電気化学耐性に関する微視的機構に加えて、正極側で用いられる遷移金属酸化物と電解液の界面における電解液反応の第一原理サンプリング解析に取り組んだ（図4-2-3-2）[1]。高電位正極として知られるLiNi0.5Mn1.5O4とEC電解液界面の電解液分子吸着状態、電気化学および化学反応に関する第一原理分子動力学サンプリング解析を行い、電解液EC分子の界面吸着分布はdownwardとupwardの二種類が混在することを理論的に示した。さらに電子状態解析から、吸着だけではEC電解液分
子の酸化は起こりにくく、界面水素移動反応がトリガーとなることが示唆された。最終的に、電解液EC分子からCO2ガスが生成される分解反応の反応エネルギープロファイルを得ることができた。触媒系においても遷移金属酸化物／水界面のCeO2/Pt cluster/H2O系の電子・プロトン移動の機構解明を行い、それらの結果を俯瞰することによって、酸化物界面の一般的な学理の抽出に取り組んでいる[2]。

図 4-2-3-2. 高電位正極 LiNi0.5Mn1.5O4/EC 電解液界面の電解液分子吸着状態、電気化学および化学反応に関する第一原理分子動力学サンプリング解析。
(a) 界面シミュレーションに用いたスーパーセル。(b) 電解液 EC 分子の吸着分
布。downward と upward の二種類が混在することが理論的に示唆された。(c) 電
解液 EC 分子の表面における分解反応の反応エネルギープロファイル。表面への水素移動がトリガーとなり CO2 が生成することが示された。(d)表面電子状態密度。
吸着だけで酸化反応が起こらないことを示唆。

26

また我々は電解液・固体電解質に関するデータ生成のためのハイスループット第一原理計算
および機械学習解析についても研究を進め、記述子や有望材料の提案を行うことにも取り組ん
でいる[3]。さらに実験（国プロ）
・企業との連携を積極的に推進し、電池内の複雑な原子・分子挙動の解明を強力に進めている。
[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
共同研究（実験研究者、産業界）
・東京大学・山田淳夫教授、山田裕貴講師
・富士フイルム・奥野幸洋主任研究員
他プロジェクトへの展開
・文部科学省元素戦略プロジェクト研究拠点形成型・京都大学「実験と理論計算科学のインタープレイによる触媒・電池の元素戦略研究拠点
・JSTイノベーションハブ構築支援事業・情報統合型物質・材料開発イニシアティブ(MI2I)
・JST先端的低炭素化技術開発・次世代蓄電池（ALCA-SPRING）
・科研費特別推進・JST−ACCEL
アプリケーション公開
・webでの公開に向けた準備に着手した。
[今後について]基盤アプリ開発に関してはstat-CPMDの大規模計算適用向けのメモリ関係のチューニングを行い、達成目標計算をスムースな実行を可能にした。今後は自由エネルギー計算機能の高度化にさらに取り組む。第一原理計算による二次電池機構解析についてはすでに世界トップグルー
プとなっており、今後も深い洞察をもとに斬新な新規概念・メカニズムの提案を行える研究、
新規計算科学・データ科学アプローチを鋭意進めていく。
[参考文献][1] Yukihiro Okuno, Keisuke Ushirogata, Keitaro Sodeyama, Ganes Shukri, Yoshitaka
Tateyama, J. Phys. Chem. C 123, 2267-2277 (2019).
“Structures, Electronic States, and Reactions at Interfaces between LiNi0.5Mn1.5O4
Cathode and Ethylene Carbonate Electrolyte: A First-Principles Study”[2] Lucie Szabova, Matteo Farnesi Camellone, Fabio Negreiros Ribeiro, Vladimir
Matolin, Yoshitaka Tateyama, Stefano Fabris, J. Phys. Chem. C 122, 27507-27515(2018).
“Dynamical Solvent Effects on the Charge and Reactivity of Ceria-Supported Pt
Nanoclusters”[3] Keitaro Sodeyama, Yasuhiko Igarashi, Tomofumi Nakayama, Yoshitaka Tateyama,

27

Masato Okada, Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 22585-22591 (2018).
“Liquid electrolyte informatics using an exhaustive search with linear regression”

28ハ）全電池シミュレーション技術の開発研究[実施者]長岡正隆（名古屋大）[実施担当]稲垣泰一、Amine BOUIBES（名古屋大）[実施概要]
MDソルバに依存するRedMoonの並列化効率を向上させるために、MDソルバにLAMMPSを用いた
LAMMPSベースの新しいRedMoonの構築・整備を行った。
電極電位の制御条件下での二次電池用電解液の電極近傍における溶媒構造の解析と被膜形
成シミュレーションを実施した。負の電極電位により、溶媒が電極表面第一層で強く配向することが分かった。これは、被膜形成が溶媒の還元から始まることを示唆している。
[開発アプリケーションと計算モデル]
計算モデル：リチウムイオン二次電池の炭素電極とエチレンカーボネート（EC）電解液との界面系（約1,200,000原子）。利用アプリケーション：MDソルバとして静電位制御機能を実装したLAMMPSを利用。また、Red Moon法プログラムを独自に開発。
[並列計算の方法と効果（性能）]RedMoonの並列化効率を向上させるために、MDソルバにLAMMPSを用いたLAMMPSベースの新しいRedMoonの構築・整備を行った。これにより100万原子系以上でもRedMoon計算が可能となった（図4-2-3-3）。また、大規模系において律速となりうる反応候補探索ルーチンを並列化することで、計算のさらなる効率化を行った。
[研究成果]
電極静電位一定の条件下でのMD計算を可能としたLAMMPSプログラムをLAMMPSベースの新しいRedMoonに組み込むことで、電極表面の電子分極効果を考慮した被膜形成シミュレーションを可能にした。MDソルバに関しては、大規模系での安定かつ効率的な計算を実現させるために、
電極静電位一定条件を満す電子分極の取扱いに拡張系の方法を採用した。また、MDソルバとは別に、RedMoonの化学反応の採択・棄却を扱うルーチンを修正した。これによって、被膜形成においてはQM/MM計算で得られた生成物比と同等な結果を古典力場計算のみからでも得られることを確認し、RedMoonの応用範囲を拡張した。

図 4-2-3-3. 120 万原子系におけるノード数に応じた計算時間(時
間/ns)

29

電極表面の電子分極効果を考慮し、電極に負の静電位をかけることにより、溶媒としてのエチレンカーボネート（EC）が電極表面第一層で強く配向することが分かった。これから、被膜形成がECの還元から始まることが確かとなった。また、被膜形成シミュレーションを行った結果、これまでの電極分極が無い場合に比べ、被膜構成要素の一つである炭酸イオンが電極表面に強く吸着し続けることが明らかとなった。これは、電極へのリチウムイオン挿入のメカニズ
ムに強く影響する被膜-電極界面の構造に関する有用な知見である。さらに電池作動環境下で予測される被膜構造変化の分子機構を調査した。そこでは、(1)被膜は熱運動では容易に崩壊せずに逆に凝集すること、(2)電極表面の静電環境の変化に対して被膜構造は鈍感であること、(3)被膜の構成要素として存在するリチウムイオンの拡散が、電解液に接した被膜構造を壊すこと、を明らかにした。これらの結果が偶然でないことを示すために独立した複数の膜構造を用意しなければならないこと、そして非常に遅い被膜構造変化を追うために合計で数μs以上のMDシミュレーションが必要であることから、「京」の使用が非常に重要である、と言える。
[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
共同研究（実験研究者）
・駒場慎一教授（東京理科大学）との共同研究（Naイオン電池の添加剤効果に関する研究）
・山田淳夫教授（東京大学）との共同研究（濃厚電解液を用いた二次電池の被膜形成に関する研究）
他プロジェクトへの展開
・京都大学 触媒・電池元素戦略ユニット（拠点長：京大院工・田中庸裕教授）[今後について]Red Moon法プログラム(RedMoon)へ電極電位を制御する機能を実装し、被膜形成などの電気化学反応シミュレーションの高度化を達成した。また、「京」およびポスト「京」の利用を想定した超並列計算に対応可能なLAMMPSベースのRedMoonの開発が完了した。今後は、本シミュレータを活用し、実験研究者と共に濃厚電解液などの有望材料に対する共同研究を実施すると共に、RedMoonにより得られた被膜構造を用いて、イオン抵抗を推算する新規シミュレーション技術を開発する予定である。
[参考文献][1] A. Bouibes, N. Takenaka, T. Fujie, K. Kubota, S. Komaba, M. Nagaoka, ACS Appl.

Mater. Interface, 10, 28525-28532 (2018).
[2] T. Inagaki, N. Takenaka, M. Nagaoka, Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 29362-29373(2018).
[3] T. Fujie, N. Takenaka, Y. Suzuki, M. Nagaoka, J. Chem. Phys., 149, 044113 (2018).

30ニ）全電池シミュレータの基盤技術の開発研究[実施者]岡崎進（名古屋大）[実施担当]篠田渉、吉井範行、安藤嘉倫、藤本和士、張家超（名古屋大）[実施概要]MODYLASの高度化・開発を継続した。特に、平成29年度に開発した新規通信アルゴリズムな
らびに新規FMM演算アルゴリズムのMODYLASへの実装を行った。一方で、圧力テンソル計算ルーチンの開発、FMM計算の正則化、MS-EVBモデルコードのMODYLASへの実装を行った。単精度・倍精度混合演算化についても精度検証を行った。
全電池シミュレータの重要な構成要素である三相界面など不均一環境下での物質輸送に対する解析手法の開発に着手するとともに、電解質膜中でのグロータス機構を含むプロトン移動について継続して研究を行った。前者では特に位置に依存する拡散係数の評価方法を開発し、その検証を行うとともに、これを用いた物質輸送係数評価の方法論開発を行った。
[開発アプリケーションと計算モデル]
MODYLASにおいては、全原子ならびに粗視化モデルのMD計算が可能となるようアプリを設計し、開発中である。ほぼすべての古典力場に対応しており、テーブルポテンシャルも利用でき、分子系は汎用的にシミュレーションできる。主として100万原子を超える大規模系に対して有効である。プロトン移動に関しては、VothらによるEVBモデルを採用した。
[並列計算の方法と効果（性能）]FMM計算、対相互作用計算共に、原子座標、多極子等の新規MPI通信アルゴリズムMTD法を提案し、MODYLASに実装した。これにより、従来の1/2の通信量で必要情報をノード間で交換することが可能となった。
プロトン移動を記述するプログラムについては、単コアでのプロトタイプ版を用いて研究を行ったが、これまでにMODYLASに実装し、並列化方針についても検討を行った。
[研究成果]MODYLASの計算は大きく分けてFMM計算部の演算と通信、対相互作用計算部の演算と通信とからなる。この中で、平成29度までにFMM演算に対して基底関数のsolid harmonicsへの置換、漸化式、多極子の対称性の利用、極座標軸の回転による単純化など新規アルゴリズムの実装を行
い、相互作用直接計算において演算時間を約40%削減し、FMM演算の演算量を約1/6にまで削減
し、演算時間も1/4に削減することに成功してきた。平成30年度は、新規な通信アルゴリズム
MTD法を開発し、これをMODYLASに実装することにより、相互作用直接計算、FMM計算共に通信時間を約50%削減した。一方で、計算精度の劣化を伴わない相互作用直接計算の単精度・倍精度混合演算化、またFMM計算の完全単精度化を行い、SIMDの有効利用、通信量の削減の目途を得た。また、プロトタイプコードにおいてFMM計算の正則化を行い、全エネルギー保存を格段に改善した。このように、１億原子系に対してMD計算1ステップを3msで実行する最終目標の実

31

現に着実に近づきつつある。
MODYLASの計算機能としては、FMM計算における圧力テンソル計算ルーチンを開発し、MODYLASに実装した。また、hydroniumイオンによる単純な輸送に加えて、化学反応の組み換えによるプロトン移動反応、さらにはグロータス機構をも含むプロトン輸送を記述できるEVBモデルの1コア版をMODYLASに実装し、並列化方針について検討を行った。自由エネルギー計算に関しても、MODYLASにおいて熱力学積分法を必要に応じた形式で汎用的に利用できるよう、相互作用関数中への摂動パラメータλの導入やFMM計算におけるbackground chargeの取り扱いの整備等を行い、いずれもMODYLASに実装した。また、燃料電池電極４相界面の解析のために白金に関わる新規相互作用関数を導入したほか、高分子系の計算に必要な相互作用関数、初期構造に発生プログラム等の整備を行った。
平成30年度はアプリの開発に集中し、サイエンス研究については予備的な検討を行ったのみである。その中で、不均一系において位置に依存する自己拡散係数の数値的に厳密な新規計算方法を提案し、水中の低分子を用いて検証を行った。この方法に基づくと、計算精度の低い従来のランジュバン方程式もしくは一般化ランジュバン方程式の成立を仮定した近似的な方法と異なり、ほぼ正しい自己拡散係数を得ることができた（表4-2-3-1）。
表 4-2-3-1.

新規方法論で計算した水中の低分子の自己拡散係数。
検証のため、バルク水中で行ったテスト計算。
-52×10 cm /s[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
・ImPACT伊藤プログラムとの連携
・NEDO超々プロジェクトとの連携
・花王、トヨタ自動車、資生堂、東レ等との共同研究[今後について]
ほぼアプリ開発に集中して開発、研究を進めてきている。その成果は着実に得られつつあり、
今年度までに開発した各モジュールをMODYLASへと集約、実装し、研究に用いる実用ソフトとしての高性能アプリを実現した。一方で、来年度からはポスト京を前提としたチューニング
を進めてさらに高性能化を図るとともに、サイエンス研究も本格的に開始し、成果創出フェーズに向けた準備を進める。
32

[参考文献][1] A.-T. Kuo, K. Takeuchi, A. Tanaka, S. Urata, S. Okazaki, W. Shinoda, "Exploring
the effect of pendent side chain length on the structural and mechanical properties
of hydrated perfluorosulfonic acid polymer membranes by molecular dynamics
simulation", Polymer, 146, 53-62 (2018).
[2] R. S. Payal, K. Fujimoto, C. Jang, W. Shinoda, Y. Takei, H. Shima, K. Tsunoda,
S. Okazaki, "Molecular mechanism of material deformation and failure in butadiene
rubber: Insight from all-atom molecular dynamics simulation using a bond breaking
potential model", Polymer, 170, 113–119 (2019).
[3] K. Fujimoto, R. S. Payal, T. Hattori, W. Shinoda, M. Nakagaki, S. Sakaki, S.
Okazaki, "Development of dissociative force field for all-atomistic molecular
dynamics calculation of fracture of polymers", J. Comp. Chem. accepted (2019).

33

４－２－４．サブ課題Ｃ エネルギー・資源の有効利用 — 化学エネルギー[責任者]田中秀樹（岡山大）[実施者]田中秀樹（岡山大）、武次徹也（北海道大）、中井浩巳（早稲田大）、奥村久士（分子研）[研究の背景と目的］
エネルギー資源を輸入に頼る我が国では、エネルギーの有効な循環が国家的重要課題である。
本サブ課題では、化学エネルギーの新規な資源開発と貯蔵の効率化を目指す。エネルギー・環
境問題解決に必須であるメタンとCO2の分離・回収、貯蔵、変換にわたる化学エネルギーの高度利用を目指して、ポスト｢京｣を活用できるアプリケーションを開発し、企業や実験研究者との緊密な連携をとりつつエネルギー多消費型工業プロセスを革新する。そのために、化学エネル
ギー創成・消費の根幹となるメタンハイドレートの資源化およびCO2の分離・回収、貯蔵による化石燃料の安定的利用、さらに高機能触媒の開発を実施する。
水は地球上に普遍的に存在する無害で環境負荷の少ない物質であり、資源および貯蔵媒体、また蓄冷物質として水の利用を図ることは、化学エネルギーの創生とエネルギーサイクル構築の観点から、極めて重要である。日本近海に埋蔵されているメタンハイドレートからのメタンの生産と貯蔵、また環境負荷の少ないハイドレートの別の有効な利用法として、水素やオゾンの安全な貯蔵法の実用化に対する指針の提供を目的とする。ハイドレートはCO2の廃棄手段の候補でもあり、メタンハイドレートにCO2を注入し、メタンハイドレート中のメタンをCO2に置換しつつ、有用なメタンを得る可能性を、理論的基盤に基づきダイナミクスを含めて検証する。
また、水の相転移時の大きな潜熱を利用して、新規な蓄冷材料を開発することが強く期待されている。このうち、セミクラスレートを主とする蓄冷材は、構造や熱力学等の基礎的な情報が未解明であり、これらを微視的観点から基礎原理を解明して、実用化につなげる。
一方、物質科学分野において、触媒はエネルギー問題を解決する鍵を握る。本課題では、産業界に需要のある「触媒反応機構解明のための反応経路探索技術」を確立し、理論が先導する
高収率高選択性の新規触媒設計というアプローチの実現を目指す。国内ではここ十年ほど貴金属をユビキタス元素に置き換える元素戦略プロジェクトが進められており、実験と理論計算の協働が重要視されている。白金などの貴金属を使用しない高機能触媒の開発が実現すれば、エネルギー多消費型物質生産の革新を達成することができる。
更に、地球温暖化防止をはじめとする環境諸問題の対策と、化石燃料の有効利用によるエネ
ルギーの安定供給が可能な社会を築いていくため、CO2排出量の大幅な削減が求められている。
この目標達成に向けて、工場や発電所などの大規模排出源からCO2を分離・回収する技術が近年注目を集めている。我が国でも回収したCO2を地中深くに輸送し貯留する手段（CCS）の実証試
験が開始しているが、実用化促進にはCO2分離・回収のコスト削減が求められている。そのためには、反応条件の制御および材料の高性能化が必要である。ここにおいて計算科学を用いた微視的視点からの反応原理の究明、および系統的な物質の特性評価が課題解決を加速するアプロ

34

ーチとして期待されている。本研究では、超並列電子状態計算に基づく大規模CO2分離・回収シ
ミュレーションとその解析を実現するアプリケーションの構築を行う。これを用いてCO2の効率的な分離・回収に資する革新的材料を理論先導で設計し、CO2問題の解決に貢献する。
[研究成果の概要]
ハイドレートの利用や高機能触媒開発、CO2分離・回収に向けた以下のような成果が得られた。
温度、圧力、そしてゲストのモル分率を独立変数としてハイドレート生成条件を求める基礎
原理の更なる展開を図り、それに基づいたソフトの開発を通じて種々のゲスト分子の取り扱いが可能となった。また、包接水和物による天然ガスパイプラインの詰まりを防ぐ速度論的阻害剤の分子機構を大規模分子動力学シミュレーションにより明らかにした。
GRRM/SMASHによりC4H10の反応経路網羅探索を実施した。GRRM/NTChemの稼働を確認し、さらにGRRMを任意のMPI並列電子状態計算ソフトウェアと連結できるmpi_comm_spawnを用いた並列機能の実装に着手した。Cuクラスター触媒によるNO解離に対し反応経路探索＋インフォマティ
クス解析を行い、さらに窒素ドープ炭素触媒の微視的機構解明に成功した。
凝縮相内化学反応シミュレータの高速化に向けて階層的MPI並列メタダイナミクス計算の機能を実装し、また、省メモリ並列計算のアルゴリズム開発を行い、取り扱える原子系サイズを1000万原子以上に拡張した。立体障害を持つ単一および混合アミン溶液系の大規模化学反応シ
ミュレーションを実施し、CO2吸収反応経路に関する解析を進めた。
[サブ課題C内活動]
実験研究者や企業研究者と一層の連携を図るため、サブ課題Cが主体となって、｢化学エネル
ギーの有効利用｣をテーマにした第2回実験・産業との連携シンポジウム(2018年12月11日)を北
海道大学フロンティア化学教育研究センター 2F レクチャーホール（鈴木章ホール）にて開催
し、実験研究者のご講演、計算側からのポスター発表などにおける質疑応答など共通の課題や連携の課題について議論した。

35イ）メタンや水素ハイドレート実用基盤の確立[実施者]田中秀樹（岡山大）[実施担当]松本正和、矢ヶ崎琢磨（岡山大）[実施概要]
温度、圧力、そしてゲストのモル分率を独立変数としてハイドレート生成条件を求める基礎
原理と、それに基づいたソフトの種々のゲストへの拡張を行った。さらに、包接水和物や氷の結晶構造を作成するアプリを、より多数の氷種などを扱えるようにした。
包接水和物による天然ガスパイプラインの詰まりを防ぐ速度論的阻害剤の分子機構を大規模分子動力学シミュレーションにより明らかにした。また、モル分率も含めたハイドレート生
成条件を、エタン・プロパンや希ガスに応用して、メタンなどのゲスト分子の占有率を温度と圧力に対して予測し、実験との良い一致が確認された。
[利用アプリケーション]
約26,000の水分子、1,500のゲスト分子、阻害剤高分子からなる系の分子動力学計算によって速度論的阻害剤の機構を研究した。ハイドレート構造の作成にはGenIce、分子動力学計算にはGROMACSを用いた。
[研究成果]
メタンハイドレートの資源化や海底へのCO2廃棄の実現には、その熱力学的安定性の評価が不可欠である。そのために、我々は温度(T)、圧力(p)、そしてゲストのモル分率(xg)を独立変数としてハイドレート生成条件を求める基礎原理を見出し、それに基づいたソフト開発をメタン
以外の天然ガスや希ガスに拡張した。
結晶の理論研究のためには、まずその構造を生成する必要がある。包接水和物や共存する氷のほとんどはプロトン無秩序結晶であり、また系全体を無分極とする必要があり、その構造の生成は容易ではない。我々は、様々な包接水和物や氷の構造を生成できる新しいアプリ、GenIceを開発し、これを順次改良して生成できる氷種を増加させた。
これまでの研究で我々は速度論的阻害剤(Kinetic Hydrate Inhibitor, KHI)と呼ばれるポ
リマーによる包接水和物の生成遅延化がGibbs-Thomson効果によることを明らかにした。これを基にして、KHIのサイズ効果に関する新しいモデルを提唱した。分子動力学シミュレーショ
ンを用いて、このモデルの重要なパラメータである包接水和物への吸着自由エネルギーを
PVCapについて計算した。我々のモデルは、実験で示されているPVCapのサイズ効果を良く再現することができた。このモデルはさらに、大きなポリマーと小さなポリマーの混合物の性能が高 いこと 、ならび に、ガ スハイ ドレート には機 能しな い四級ア ンモニ ウムカ チオン がTHF(tetrahydrofuran)ハイドレートに対しては有効なKHIとなる機構についても包括的に説明

36

することができた（図4-2-4-1）[1]。

図 4-2-4-1. 包接水和物の表面に吸着するポリマーによる結晶成長の速度低下

ハイドレートが安定に存在できる条件を、分子間相互作用のみから計算する方法を提案し、それを幾つかの炭化水素や希ガスハイドレートに適用した。すなわち、van der Waals andPlatteeuwに基づく統計熱力学理論を発展させて、ハイドレートとゲスト相もしくは水の2相共存条件を、自由エネルギー計算から求めることで、完全な相平衡の記述を行い、炭化水素や希ガスに適用した。この結果、炭化水素の安定な組成範囲は極めて多様であり、特にエタンが特徴的であることを発見した。また、水とハイドレートが共存するときのメタンの溶解度の温度依存性は、通常とは逆であることを示し、その原因がメタンの化学ポテンシャルの急激な低下にあることを見出した（図4-2-4-2）[2]。

図 4-2-4-2. 水と共存するハイドレート（左）とメタンおよびエタンハイドレートの、
温度、圧力、組成に関する相図[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
1. メタンハイドレートを試掘している東北大圓山グループとの連携
2. パナソニックとの蓄冷材としての応用を目指しての共同研究

37

3. 氷構造の生成ソフトの公開[今後について]
包接水和物の速度論的阻害剤の吸着と成長遅延化機構を明らかにした。実験研究に対し、従来より高性能な阻害剤を設計する指針を提供することを目指し、阻害剤の重合度の効果や核生成への影響などを明らかにしてきた。また、水(氷）、ゲスト、そして包接水和物からなる系の相図を求める手法を確立し、多数のゲスト分子種に適用してきた。
今後、蓄冷材として期待されるセミクラスレートのMDシミュレーションなどにより、その構造と安定性を解明する。また、MDシミュレーションと基礎理論の両面から、ハイドレートにおけるメタンと二酸化炭素の置換時のエネルギー収支等についての解明をする。
[参考文献][1] T. Yagasaki, M. Matsumoto, H. Tanaka, "Molecular Dynamics Study of Kinetic Hydrate
Inhibitors: The Optimal Inhibitor Size and Effect of Guest Species", J. Phys. Chem.
C 123, 1806-1816 (2018).
[2] H. Tanaka, T. Yagasaki, M. Matsumoto, "On the phase behaviors of hydrocarbon andnoble gas clathrate hydrates: Dissociation pressures, phase diagram, occupancies,and equilibrium with aqueous solution", J. Chem. Phys. 149, 074502, 1-15 (2018).

38ロ）触媒反応経路探索計算[実施者]武次徹也（北海道大）[実施担当]前田理、小林正人、岩佐豪、高敏、小野ゆり子、長谷川淳也、中山哲（北海道大）[実施概要]
GRRM/SMASHによりC4H10の反応経路網羅探索を実施した。GRRM/NTChemの稼働を確認し、さらにGRRMを任意のMPI並列電子状態計算ソフトウェアと連結できるmpi_comm_spawnを用いた並列機能の実装に着手した。Cuクラスター触媒によるNO解離に対し反応経路探索＋インフォマティ
クス解析を行い、さらに窒素ドープ炭素触媒の微視的機構解明に成功した。
[開発アプリケーションと計算モデル]
銅クラスター触媒（Cu13）によるNO解離反応に対し、GRRM/Turbomoleにより反応経路探索計
算を行い、インフォマティクス解析を実施。C4H10に対しGRRM/SMASHにより網羅的反応経路探索を行い、436の素反応過程の反応経路を計算（図4-2-4-3）。GRRMは開発者版を利用。

図 4-2-4-3. GRRM/SMASH で求めた C4H10 分子の反応経路ネットワーク（平衡構造：
129, 遷移状態構造：436）を開発中の GRRM 解析可視化ソフトウェア
により可視化した図。二次元上に平衡構造および遷移状態構造を配置
し、エネルギーの高さを縦棒の長さと色で表現している。縦棒の上部に各分子構造が描画されている。

[並列計算の方法と効果]
MPIコミュニケーターをGRRM制御（1 node使用）、複数の電子状態計算制御用(それぞれ複数
node使用)に分割し、MPI並列によるGRRMと量子化学計算プログラムの超並列計算を可能にした（図4-2-4-4）。名大FX100においてGRRM/SMASHを動作させ、さらにGRRM/NTChemの稼働を確認した。任意のMPI並列電子状態計算ソフトウェアを用いたGRRM超並列計算を可能とするため、
mpi_comm_spawnを用いた並列機能の実装に着手した。膨大なデータ処理に向けて、GRRM解析可視化ソフトウェアの開発も進めた。

39

図 4-2-4-4. 反応経路自動探索プログラム GRRM と超並列電子状態計算プログラム（SMASH or NTChem）を一体化したプログラムの概念図。反応経路探索は複数の CPU 群（赤字）に分けて並列で実施され、個々の反応経路
探索は複数の CPU（黒字）による超並列電子状態計算により実施される。

[研究成果]
反応経路自動探索プログラム（GRRM）の超並列化電子状態計算ソフトウェアとの連結を含む高度化と、応用課題として理論-実験連携による未知の触媒反応機構解明および新規触媒の開発を目指した研究を進めている。アプリ開発については、SMASH, NTChemに限定せず任意のMPI 並 列 電 子 状 態 計 算 ソ フ ト ウ ェ ア を 用 い た GRRM 超 並 列 計 算 を 可 能 と す る た め 、
mpi_comm_spawnを用いた並列機能の実装に着手し、反応経路自動探索計算の超並列計算を実施した。さらに京およびポスト京で得られる膨大な出力ファイルをデータベース化し、可視化を行うソフトウェアの作成に取り組んだ。また、銅クラスター触媒を例としてGRRMによる反応経路自動探索計算で得られる多数の遷移状態構造のデータに対しインフォマティクスに基づく解析を行い、反応障壁を支配する要因を特定することに成功した[1]。
より出口を指向した課題として、実験と連携して窒素ドープ炭素材料の酸素還元反応（ORR）
への触媒活性における窒素ドープの効果を詳細に調べた[2,3]。窒素ドープ炭素触媒を表すモデルとして12 × 12スーパーセルからなるグラフェンの中に約1.5 nmの細孔を導入し、様々な形で窒素ドープを行ってORR中間体の吸着状態に対しDFT計算を行った。その結果、グラファイ
ト位置に窒素をドープした炭素触媒における小さな細孔のジグザグ状のエッジが活性サイトであることが示され、さらに窒素ドープ量について0.4原子%（ピリジン位置またはグラファイ40ト位置に窒素原子を1つドープ）から7.3原子%（グラファイト位置に窒素原子を均一にドープ）まで変化させその効果を調べたところ、最初のプロトン共役電子移動（PCET）が電位を決める
素過程であり、吸着酸素分子の構造と窒素ドープの様式が反応経路とORR活性に繊細に影響することが示された。本研究により炭素材料が微量な窒素導入で活性な酸素還元電極触媒になる仕組みが明らかとなり、NIMS-北大の合同でプレス発表を行った（図4-2-4-5）[2]。

図 4-2-4-5. 理論計算により得られたグラファイト位置に窒素ドープした炭素触媒モデルのジグザグ状のエッジにおける 4 電子酸素還元反応過程の自由エネルギー
変化：(a) N 濃度が低い場合 (0.4 原子%)；(b) N 原子濃度が高い場合 (7.3 原子%)[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
共同研究（実験研究者）
・NIMS 魚崎浩平フェロー実験グループと非白金酸素還元触媒の窒素ドープした炭素触媒の微視的触媒機構を解明
他プロジェクトへの展開
・元素戦略projectと連携し、反応経路自動探索プログラムGRRMの表面触媒反応経路探索への拡張・遷移状態構造のインフォマティクス解析を試みている。
アプリケーション公開
・北海道大学前田理教授のグループで人工力誘起反応法を含む新機能を搭載した反応経路自動探索法プログラムGRRM17を配布[今後について]
任意のMPI並列電子状態計算ソフトウェアを用いたGRRM超並列計算を可能とするため、
mpi_comm_spawnを用いた並列機能の実装に着手し、反応経路自動探索計算の超並列計算を実施した。今後はGRRM/NTChemの連結ソフトウェアにより触媒反応の反応経路自動探索計算を試みる。二次元材料に基づく非白金燃料電池触媒およびCO2の有効資源化触媒に対して未知の触媒
反応機構の解明を目指す。

41

[参考文献][1] T. Iwasa, T. Sato, M. Takagi, M. Gao, A. Lyalin, M. Kobayashi, K. Shimizu, S.
Maeda, and T. Taketsugu, "Combined Automated Reaction Pathway Searches and Sparse
Modeling Analysis for Catalytic Properties of Lowest Energy Twins of Cu13," J. Phys.
Chem. A, 123, 210-217 (2019).
[2] K. Sakaushi, M. Eckardt, A. Lyalin, T. Taketsugu, R. J. Behm, and K. Uosaki,"Microscopic Electrode Processes in the Four-Electron Oxygen Reduction on Highly
Active Carbon-Based Electrocatalysts," ACS Catalysis, 8, 8162-8176 (2018).
NIMSとの共同研究でプレス発表(2018/8/9)「炭素材料が微量な窒素導入で活性な酸素還元電極触媒になる仕組み～非白金族電極触媒を用いた酸素還元反応の微視的機構解明への一歩～」[3] M. Eckardt, K. Sakaushi, A. Lyalin, M. Wassner, N. Hüsing, T. Taketsugu, and R.J.
Behm, "The Role of Nitrogen-doping and the Effect of the pH on the Oxygen Reduction
Reaction on Highly Active Nitrided Carbon Sphere Catalysts," Electrochimica Acta,
299, 736-748 (2019).

42ハ）CO2吸収シミュレーションのための超並列電子状態計算法[実施者]中井浩巳（早稲田大）[実施担当]吉川武司、西村好史、周建斌（早稲田大）[実施概要]
凝縮相内化学反応シミュレータを用いた反応自由エネルギー計算を効率よく実行するため、階層的MPI並列メタダイナミクス計算の機能を実装した。また、省メモリ並列計算のアルゴリ
ズム開発を行い、従来数百万原子系にとどまっていたサイズの取り扱いを1000万原子以上に拡張した。
立体障害を持つ単一および混合アミン溶液系の大規模化学反応シミュレーションを実施し、CO2吸収反応経路に関する解析を進めた。
[開発アプリケーションと計算モデル]
利用アプリケーションは、分割統治法に基づく大規模量子分子動力学計算を可能とするDCDFTB-Kである。階層的並列メタダイナミクス計算の動作確認は、シクロブテンの開環反応を対象として検証した。メモリ削減アルゴリズムの性能評価では、純水系（最大13,891,500原子）を取り扱った。アミン溶液系のCO2吸収シミュレーションでは、約3,000原子からなる基本セルを用いた。アミン、水、CO2によって構成されるモデルに加えて、反応中間体や生成物が初期構造中に含まれる系についても検討を行った。
[並列計算の方法と効果]
DC-DFTB-Kは、MPIとOpenMPのハイブリッド並列により低次スケーリング電子状態計算を達成している。メタダイナミクスにおけるサンプリングに関する並列化軸を新たに導入することで、高効率に自由エネルギー地形をサンプリングする計算を実行できるようにした（図4-2-4-6）。
また、メモリ使用量のボトルネックとなる演算を反復することにより、大規模計算におけるメ
モリ条件の制約を緩和するアルゴリズムの開発・実装を行った。

図 4-2-4-6.

DC-DFTB-K の階層的並列化イメージ。
管理プロセス(Master)が、実行プロセス(Worker)で行われる電子状態
計算(DC-DFTB)に基づくメタダイナミクスシミュレーション(MetaD)から得られるバイアスポテンシャルを MPI 通信によって集積制御する。
43

[研究成果]DC-DFTB-Kでは、計算モデルをいくつかの部分系に分割してMPIプロセスに割り当てた超並列計算に対応している。小～中規模の解析において大規模計算資源をフル活用するため、複数の初期構造を準備した上で同時にメタダイナミクスシミュレーションを実行し、自由エネルギー
地形を計算する手法を整備した。シクロブテンを用いたテスト計算において、図4-2-4-7 (a)の開環反応が起こるまでに要したトラジェクトリ当たりの平均および合計のメタダイナミク
スシミュレーション時間を図4-2-4-7 (b)に示す。トラジェクトリ当たりの平均時間は、サン
プリングに用いるwalkerの数が増加するに連れてほぼ線形に減少し、今後の応用に向けて実用的な実装であることが示唆された。

図 4-2-4-7. (a) テスト系として用いたシクロブテンの開環反応における構造変化。
(b) 開環反応が起こるまでに要したメタダイナミクスシミュレーション時間のサンプリング(walker)数依存性。点線は理想的なシミュレーション時間の変化、実線は本実装によって得られた計算結果を表す。
従来のDC-DFTB-Kでは、分割した部分系の計算に必要となるデータを全てメモリ上に確保して計算を実行してきた(in-core法)。しかしながら、一部の配列は原子数とノードに割り当てられた部分系の数の積に比例する要素数を必要とするため、数百万原子以上の系に対する計算の実行は「京」数千ノード程度の資源を用いても不可能であった。そこで該当する演算を複数回繰り返すことでメモリ使用量を削減するアルゴリズム(direct法)の開発と純水系を用いた性能評価を行った。その結果、表4-2-4-1に示すように従来法と比較して3倍弱程度計算時間が増加するものの、図4-2-4-8に示すように「京」2000ノード以上を用いてこれまでよりも一桁
大きなサイズとなる1000万原子系を計算することに成功した。大規模ベンチマーク計算を実行する上で「京」の計算資源は不可欠であった。

44

表 4-2-4-1. 「京」における純水系の DCDFTB2 シミュレーション 1 ステップにかかる計算時間(s)の従来法(in-core)とメモリ削減アルゴリズム(direct)での比較
NumberNumber of

In-coreDirectof nodes

atoms

500

1,093,500

110.8

272.6

1,000

1,500,000

93.3

242.7

2,000

1,996,500

78.6

218.6

4,000

2,592,000

65.0

181.3

8,000

3,295,500

52.3

163.8
図 4-2-4-8. 「京」において DC-DFTB シミュレーション 1 ステップの計算を実行可能な純水系に含まれる原子数のノード数依存性の従来法(in-core)とメモリ削減アルゴリズム(direct)
での比較

アミン溶液を用いたCO2化学吸収において、立体障害を持つアミン種はCO2分離・回収過程に必要な熱エネルギーコストなどの観点から注目されている。立体障害を持つアミン種では、従来のシミュレーションで見出されてきたカルバメート生成反応によるCO2吸収より重炭酸イオ
ン生成反応によるCO2吸収が提唱されている。重炭酸イオン生成反応の機構として、酸塩基反応
を経由する経路、カルバメートの加水分解により進行する経路、およびカルバメート生成時の反応中間体である双性イオンが分解する経路が考えられる。そこで、初期構造において溶液の組成が異なる系のシミュレーションを複数実行したが、いずれのトラジェクトリにおいても実行したシミュレーション時間内では重炭酸イオン生成反応は観測されなかった。メタダイナミ
クスを用いた効率的な構造サンプリングの可能性を探るため、アプリ開発で実装した階層的並列化手法を水溶液中での重炭酸イオン生成に関する自由エネルギー計算に適用した。小規模モデルから得られた2次元の自由エネルギー曲面を図4-2-4-9に示す。予備的に見積もられた反応の自由エネルギー障壁(約8.6 kcal/mol)は、実験値(11.8 kcal/mol)とまずまずの一致を示す
ことがわかった。
図 4-2-4-9.

階層的並列 DC-DFTB メタ

ダイナミクスシミュレーションから求めた水溶液中の重炭酸イオン生成反応
に対する 2 次元自由エネルギー曲面。
CV1 は CO2 の C 原子と OH−の O 原子間の距離を、CV2 は CO2 の C 原子に対する O原子の配位数を表す。

45

[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
アプリケーションの公開
・DC-DFTB-Kを分子動力学計算用にカスタマイズしたプログラムDCDFTBMDのバイナリをアカ
デミックフリーで公開[1,2]公開ビデオの企画・作成
・最近までの成果を含めて、｢CO2分離・回収｣について、ビデオを作成し、YouTubeに公開した。
[今後について]
アプリ開発では、DC-DFTB-Kに階層的並列化シミュレーション手法の機能を追加することで、効率的な自由エネルギー計算への対応を行った。また、メモリ使用量削減アルゴリズムを開発し、従来の実装では計算不可能であった1000万原子系を大規模並列計算で取り扱うことに成功した。今後、省メモリ化によって増加した計算時間を最小限に抑えるための高度化ならびにポスト「京」に向けたさらなるメモリ使用量削減の取り組みが課題となる。
応用研究では、立体障害を持つアミン溶液中でのCO2吸収シミュレーションにおいて想定していた反応経路が観測されなかったため、メタダイナミクスへの切り替えの模索とその初期検討にとどまった。今後は、大規模系に対するメタダイナミクスシミュレーションの実行と解析を進める予定である。
[参考文献][1] Y. Nishimura, H. Nakai, J. Comput. Chem. 40, 1538 (2019).
[2] Y. Nishimura, T. Yoshikawa, H. Nakai, J. Comput. Chem. Jpn. 17, A21 (2018).

46ニ）メタンハイドレートの溶融や貯蔵に向けた新規技術の理論[実施者]奥村久士（分子研）[実施担当]伊藤暁、石村和也（分子研）[実施概要]
超音波をかけることによるメタンハイドレードのメカニカルな溶融のシミュレーションを行うための分子動力学計算アプリにおいて、演算と通信のオーバーラップ、プロセス間通信パ
ターン改良による通信時間削減アルゴリズムを開発し実装した。エネルギー計算1回当たりの通信時間がほぼ半減した。さらにノード内並列化効率を高めるため、ノード内計算負荷分散改
良アルゴリズムを開発した。
[開発アプリケーションと計算モデル]
周期境界条件下でサインカーブ状に時間変化する圧力をかける分子シミュレーションでは180原子からなる炭化水素を対象とした。
[並列計算の方法と効果]
ポスト「京」のノード当たりの通信性能の「京」からの向上幅はCPU性能に比べて小さいと予測され、ポスト「京」での大規模計算では通信時間がボトルネックになる可能性がある。そこで、通信時間を削減するため、非同期通信であるMPI_ISend、MPI_IRecvを用いて演算と通信をオーバーラップさせた。
「京」で実証計算をしたところ、エネルギー計算1回当たりの通信時
間がほぼ半減した。
[研究成果]「京」のハードウェア及び診断ツール(基本プロファイラ、詳細プロファイラ)を使い、MPI
通信パターンごとのデータ転送量と時間、サブルーチンごとの実行時間を調べながら開発を行うことで、演算と非同期通信のオーバーラップ構成を最適化した。計算全体だけではなく一部区間のみの測定も行い、演算時間を詳細に解析してオーバーラップ可能な領域を特定して、効率的に改良を行うことができた。その結果、演算時間にはほとんど影響を与えることなく通信時間を大幅に削減することができた（表4-2-4-2）。
通信性能と演算性能の比率を考慮すると、ポスト「京」では通信がボトルネックになりやす
いが、本年度の改良により、ポスト「京」での通信時間の割合増加による並列化効率低下は大きく抑えられると考えられる。
表 4-2-4-2. 演算と通信のオーバーラップによる通信時間の変化(秒)47[研究成果の利活用について]
成果の利活用のため、以下のように連携している。
他プロジェクトへの展開
・重点課題 6(アプリケーション ABINIT-MP)へ複数の機能に関してソースコード提供[今後について]通信と演算をオーバーラップさせることにより、超音波をかけるメタンハイドレードの分子動力学シミュレーションアプリケーションの通信時間を大幅に削減することができた。また、ノード内並列化効率を高めるため、ノード内計算負荷分散改良アルゴリズムを開発した。今後
このアルゴリズムの性能をメニーコアマシンで実証する。
[参考文献][1] “First-Order Interacting Space Approach to Excited-State Molecular Interaction:
Solvatochromic Shift of p-Coumaric Acid and Retinal Schiff Base”, Kazuma Yanai,
Kazuya Ishimura, Akira Nakayama, Jun-ya Hasegawa, J. Chem. Theory Comput., 2018,14, 3643-3655.

48

４－２－５．基盤アプリ設計・開発[責任者]中嶋隆人（理研）[背景と目的]
ポスト｢京｣を有効に活用し、国家的に取り組むべき社会的・科学的課題の解決に資するアプ
リケーションを開発するため、本重点課題では4つの基盤アプリケーションを設定する。｢京｣で実効的な超並列計算の実績があり、本重点課題で共通に利用できる観点から、量子化学計算
プログラム（NTChem、GELLAN）、分子動力学計算プログラム（MODYLAS）、第一原理計算プログラム（stat-CPMD）の4つを基盤アプリケーションとし、ポスト｢京｣での超並列計算で実効性が上がるように設計開発を行う。
コデザインを推進する重点課題アプリ５ワーキンググループ(WG)での活動を通して得られる情報を参考にして基盤アプリのグランドデザインを進める。早期から理研あるいはハードウェア・ベンダーのコンサルティングを受け、更にベンダーによる最適化作業も活用しながら、
平成31年度のポスト｢京｣の試用に向けて、ポスト｢京｣を有効に活用できる基盤アプリを開発していく。
[成果の概要]重点課題アプリ５WGを継続開催することにより、ターゲットアプリに関するコデザインを推進した。ターゲットアプリであるNTChemを使った「京」のベースライン測定結果と演算・通信
アルゴリズム特性の評価に基づいて、ポスト「京」カーネル選定妥当性を検証した。また、ポスト「京」でのターゲット問題におけるカーネル性能評価妥当性も検証した。ポスト｢京｣ターゲット問題計算を実現するために、ホットスポットの高速化、メモリ分割版アルゴリズム、単精度-倍精度混合精度化に加えてファイル読み込み時間を削減し、ポスト｢京｣における当初計
画の性能実現の見通しを得た。
また、基盤アプリ設計・開発WGを2回開催し、外注を含む基盤アプリの高度化を推進した。
その中で課題アプリDC-DFTB-Kについても高速化を実施した。
（１）NTChem 汎用第一原理電子状態計算ソフト[開発目標]｢京｣においては数百原子までの分子の励起状態の量子化学計算が実現されているが、有機系太陽電池におけるヘテロジャンクションを含めた現実系界面のシミュレーションには 10,000
原子規模の取扱いが不可欠である。メモリ分割を施した効率の良い並列アルゴリズムを開発・実装する。
計算規模：原子数 五千～１万[開発内容]
サブ課題Aにて記載したように以下の開発を行った。また、後述するコデザイン活動を推進

49

した。基底・励起状態に関する密度汎関数法計算のためのメモリ分割版プログラムの開発と、有機系太陽電池の機構解明のための手法開発を行った。
数千～１万原子から成る大規模な分子系の励起状態計算の実現に向けて、平成29年度までに開発した基底状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムと太陽電池シミ
ュレータを高度化した。「京」で採用されているTofu高次元トーラスネットワークアーキテク
チャを有効に利用したアルゴリズムを設計することで通信を隠蔽し、さらに我々が開発した高並列疎行列ライブラリNTPolyを使って疎行列演算することで大規模な密度汎関数法計算を実現した[1]。
また、密度汎関数法に基づいた励起状態計算に対しても、メモリ分割版プログラムの高度化に着手した。密度汎関数法における相関交換ポテンシャルの数値積分計算部のループの並列構造に変更を加え、さらに高コスト部に対しスレッド並列化を施すことで、「京」で計算処理を約30倍に高速化することができた[2]。
更に、有機系太陽電池のエネルギー変換機構を解明するための手法や非断熱励起状態ダイナ
ミクス、およびそれらのためのプログラムの高度化作業を実施した [3]。加えて、有機系太陽電池のキーとなる電荷移動状態を正確に表現することができる新たな交換汎関数を開発した。
NTChemワークショップの第9回(3/15、理研 計算科学研究センター)を開催し、ソフトの普及に努めた。
[参考文献][1] W. Dawson, 澤田啓介, 神谷宗明, 中嶋隆人, シミュレーション学会誌, 投稿準備中.
[2] M. Kamiya, T. Nakajima, “Relativistic time-dependent density-functional theory
for molecular properties”, in Frontiers of Quantum Chemistry, edited by M.
Wójcik, H. Nakatsuji, B. Kirtman, Y. Ozaki (Springer), 223–247 (2018).
[3] T. Yonehara, N. Minezawa, T. Nakajima, “Excited-State Dynamics in NTChem”, inMolecular Spectroscopy: A Quantum Chemistry Approach, edited by Y. Ozaki, M. J.
Wojcik, J. Popp (Willey), 43–78 (2019).

（２）GELLAN 階層的量子化学計算ソフト[開発目標]｢京｣では高精度F12理論の超並列実装が行われており、ナノ分子のポストハートリーフォッ
ク計算が実現化されている。高効率光エネルギー変換の解明には、これに加えて1020の完全CI次元を持つ擬縮重系や励起状態の分子構造と電子物性の計算手法を開発する。

50

[開発内容]サブ課題Aにて記載したように以下の開発を行った。ポストPHF法において律速段階となる二電子積分の縮約を、高いロードバランスで分散並列させた。同手法の大規模非線形方程式に現れる零空間を反復的に取り除く新規手法を開発した。又、モデル空間量子モンテカルロ法を省メモリで高速に実行できるように高度化並列実装した。更に、新規の強相関ソルバーとして、
完全結合クラスター還元法を開発した。
１）ポストPHF法
ポストPHFにおいて最も計算コストの高いステップは、仮想軌道のみからなる分子積分(ab|cd) とCI係数t(cd,ij) の縮約であり、仮想軌道数が占有軌道数の数倍〜数十倍必要になる高精度計算においては、この部分が計算時間のほぼ全てを占めていた。平成30年度は、電子ペアijに対して分散するMPI-OpenMPハイブリッド並列実装を行い、これを平成29年度で達成した分子積分を用いない省メモリ計算法と組み合わせることにより、高いロードバランスで並列化することに成功した。占有軌道数が28、仮想軌道数が432であるm-ベンザイン分子に対して適用したところ、32コアで25倍程度の加速化が得られた。
２）結合クラスター近似（ECCSD）法[1][3]
また、CCにスピン射影を用いる結合クラスター近似（ECCSD）法では大規模非線形方程式を解く必要があるが、一電子・二電子励起空間が過完備であり、内包される零空間を取り除かなければならない。このためには通常、大規模行列の特異値分解が必須となるが、これを小規模な部分空間内で解き、反復的に解を収束させていく新たな手法を開発した。これにより、今までメモリ・計算量の両面で実行不可能であった計算が非常に低コストで可能になり、ECCSDの適用範囲を大きく押し広げることに成功した。
３）モデル空間量子モンテカルロ(MSQMC)法
従来のモデル空間量子モンテカルロ(MSQMC)法では倍精度変数を用いて行列式のバイナリ表
現を行なっていたため、最大64軌道を超える完全活性空間(FCI)問題を取り扱えなかった。そこで行列式のバイナリ表現を多倍長化し、任意の軌道のFCI問題を取り扱えるように拡張した。
また従来のMSQMC法はFlat MPI実装であったためWalkerのメモリ分散においてAlltoAll通信のコストが顕著であった。MPI/OpenMPハイブリッド並列実装したことでその通信コストを約1/8に削減することができ、高度化を実現できた。ハイブリッド並列では分子積分などがメモリ共有されるので省メモリ化も同時に達成できた。このように現行のMSQMCは従来よりも大きな完
全活性空間での計算を省メモリで高速に実行可能である。水素発生系錯体として[Fe2S2]2+(8.6×1027次元のFCI問題)を用いて新規のMSQMCのテスト計算を行った。京コンピュータを用いればシミュレーション可能であり、妥当なFCIエネルギーを与えることが実証された。

51

４）完全結合クラスター還元法(FCCR法)[2]結合クラスター理論を用いた、新しい強相関ソルバーの開発も行った。４次までの交換子をあらわに展開することにより、任意の励起演算子を含む完全結合クラスター法を実現した。更に、射影空間と交換子にスクリーニングを施すことにより完全結合クラスター還元法(FCCR法)の開発に成功した。FCCR法は、電子の静的相関と動的相関を同時に取り扱う事が可能で、多核遷移金属錯体からなる光合成系の電子状態の精密計算が可能である。
５）バルク系の電子状態計算
半導体を含むバルク系の電子状態計算では密度汎関数理論に基づく第一原理計算が有効であるが、バンドギャップの過小評価など電子相関効果の取り扱いがボトルネックとなっており、現在でも様々な計算手法が議論されている。このようなバルク系における強相関計算に対する新しいアプローチとして、バルク系の局所模型をポストHF計算に基づく量子化学計算によって解析する数値計算手法を提案した。そこでは、バルク系に対するHF計算からBloch波動関数を計算し、そこから得られる最局在Wannier関数（MLWF）を基底関数とする有効ハミルトニアン（即ちFock 行列と相互作用行列）を評価し、バルク系の局所模型である強相関クラスターモ
デルを導出した。これによって、半導体光触媒の性能評価を含めたバルク系の高精度な電子状
態計算を行う数値計算手法の確立が期待される。
[参考文献][1] T. Tsuchimochi and S. L. Ten-no, J. Chem. Phys., 149 044109 (2018).
[2] E. Xu, M. Uejima, and S. L. Ten-no, Phys. Rev. Lett., 121 113001 (2018).
[3] T. Tsuchimochi and S. L. Ten-no, J. Comput. Chem., 40 267-280 (2019).

（３）MODYLAS 汎用分子動力学計算ソフト[開発目標]
原子数：1億～10億
計算時間：2～20 ms/step
特に高分子系への展開のため、化学結合のすり抜け等による平衡化の加速、引っ張り、圧縮、
せん断、ねじれ等の機械的摂動の印加、化学結合の切断過程の記述、粗視化モデルの導入、応力分布、ひずみ分布、弾性率分布等の解析、プロトン移動における量子性の考慮、界面を有するヘテロ系でのイオン伝導度の解析等を可能とする。
[開発内容]
サブ課題Bにて記載したようにMODYLASの高度化・開発を継続した。特に、平成29年度に開発した新規通信アルゴリズムならびに新規FMM演算アルゴリズムのMODYLASへの実装を行った。一方で、圧力テンソル計算ルーチンの開発、FMM計算の正則化、MS-EVBモデルコードのMODYLASへの実装を行った。単精度・倍精度混合演算化についても精度検証を行った。

52

MODYLASの計算は大きく分けてFMM計算部の演算と通信、対相互作用計算部の演算と通信とからなる。この中で、平成29度までにFMM演算に対して基底関数のsolid harmonicsへの置換、漸化式、多極子の対称性の利用、極座標軸の回転による単純化など新規アルゴリズムの実装を行
い、相互作用直接計算において演算時間を約40%削減し、FMM演算の演算量を約1/6にまで削減
し、演算時間も1/4に削減することに成功してきた。平成30年度は、新規な通信アルゴリズム
MTD法を開発し、これをMODYLASに実装することにより、相互作用直接計算、FMM計算共に通信時間を約50%削減した。一方で、計算精度の劣化を伴わない相互作用直接計算の単精度・倍精度混合演算化、またFMM計算の完全単精度化を行い、SIMDの有効利用、通信量の削減の目途を得た。また、プロトタイプコードにおいてFMM計算の正則化を行い、全エネルギー保存を格段に改善した。このように、１億原子系に対してMD計算1ステップを3msで実行する最終目標の実
現に着実に近づきつつある。
MODYLASの計算機能としては、FMM計算における圧力テンソル計算ルーチンを開発し、MODYLASに実装した。また、hydroniumイオンによる単純な輸送に加えて、化学反応の組み換えによるプロトン移動反応、さらにはグロータス機構をも含むプロトン輸送を記述できるEVBモデルの1コア版をMODYLASに実装し、並列化方針について検討を行った。自由エネルギー計算に関しても、MODYLASにおいて熱力学積分法を必要に応じた形式で汎用的に利用できるよう、相互作用関数中への摂動パラメータλの導入やFMM計算におけるbackground chargeの取り扱いの整備等を行い、いずれもMODYLASに実装した。また、燃料電池電極４相界面の解析のために白金に関わる新規相互作用関数を導入したほか、高分子系の計算に必要な相互作用関数、初期構造に発生プログラム等の整備を行った。

（４）stat-CPMD 第一原理分子動力学ソフト[開発目標]
燃料電池・二次電池の現実的な電極—電解質界面の第一原理計算解析を行うには５千原子以上の計算セルによる長時間分子動力学サンプリングが必要となる。負荷の高い電子状態計算カーネル部分のさらなるチューニングによって、実行効率の低下を最小限にしながらこの規模のセルサイズの第一原理分子動力学を可能とし、さらなるサンプリングの多重並列化を実装して１０万オーダーのノード数利用を実現する。
計算規模：原子数 五千規模
機能:・サンプリング並列化、マルチプル並列化
・QM/MMなどの連成シミュレーション向けたインターフェース開発
・反応自由エネルギー計算手法の高効率化
・電気化学反応・界面酸化還元反応の記述手法開発
・電子相関、自己相互作用補正、長距離力の導入など電子状態計算の改良

53

[開発内容]サブ課題Bにて記載したように以下の開発を行った。基盤アプリstat-CPMDの開発に関しては、
ポスト「京」のアーキテクチャに対応する形でメモリ削減に取り組むとともに、大規模系計算に向けたI/O並列化の実装を完成させた。
多重並列化による高効率化学反応自由エネルギー計算を目的とする基盤アプリstat-CPMDについては、昨年度FFT等の電子状態計算カーネルの高速化が終了し、ひとまず目標値である5000原子以上の系に対する第一原理サンプリング計算の実施に成功した。一方で、ポスト「京」コンピュータのアーキテクチャが徐々に明らかになり、大規模計算におけるメモリのボトルネッ
ク化が想定される事態となったことから、平成30年度はメモリ削減に関する調査および実装を行なった。また、I/O負荷および親プロセスのメモリ負荷の軽減に向けた各MPIプロセスから／への直接I/Oの実装も終了した。これにより大規模計算実行時の困難さが軽減できると考えられる。さらにstat-CPMDの公開に向けた環境整備をスタートさせたところである。

（５）コデザイン[目的]
ポスト｢京｣プロジェクトでは、アプリケーション開発者と計算機システム開発者の協調によりアプリケーションとシステムを協調設計していく。重点課題に関するアプリケーション開発
およびポスト｢京｣開発において、ポスト｢京｣開発主体と重点課題の実施機関との間で、ポスト｢京｣のシステムアーキテクチャ等とアプリケーションの設計開発に関し、相互に要求性能・機能や評価結果等についてのフィードバックを行いながら設計開発を同時に進める。重点課題５
では、コデザインの対象アプリ（ターゲットアプリ）としてNTChemを選出している。また、ターゲットアプリケーションに対するコデザインの成果およびチューニングのノウハウをマニ
ュアル化することで、他のアプリケーションの高度化へ繋げる。
[実施内容]
重点課題アプリ5(コデザイン)WGを12回開催し、NTChemのボトルネックであるRI-MP2計算における密行列演算の性能改善に注力している。平成30年度のコデザイン詳細設計3(~8月)と詳細設計4(8月~)の中では、以下を行った。
○ ポスト｢京｣性能推定⼿法および推定値の精査・「京」ベースライン測定結果および演算・通信アルゴリズム特性の評価に基づくカーネル選
定妥当性の検証・ポスト｢京｣ターゲット問題におけるカーネル性能評価妥当性の検証○ NTChemの性能向上の取り組み
a. 並列数の限界の突破：メモリ分割、通信データ量削減(データ圧縮）54

b. ﾎｯﾄｽﾎﾟｯﾄの高速化：行列積演算71.2%⇒ポスト｢京｣にﾁｭｰﾆﾝｸﾞされたDGEMMの活用
c. 一部に単精度計算導入：メモリ量、演算時間、通信時間削減
単精度でもエネルギー誤差は許容範囲に
d. メモリ量削減アルゴリズム開発：12.2GB →7.7 GBに削減（ポスト｢京｣CMG内）
e. ファイル読み込み時間削減
これらにより、「京」と比して40倍以上の性能向上が得られる見積もりとなり、ポスト｢京｣における当初計画の性能実現の見通しを得た。
○高度化技術の展開：チューニングのドキュメント化、シミュレータの活用へ
また、コデザイン活動の中で、ポスト｢京｣システムへの要求として、一番効率良く行列積計
算ができる自動行列サイズ選択機能（自動タイリング機能）をもったDGEMM及びSGEMM（倍
精度及び単精度行列行列積ルーチン）と組込み関数の高速化を要請した。

55

４－２－６．プロジェクトの企画・改善提案
プロジェクト推進上の課題、或いは課題になると思われる事項について、幅広く検討を行い、課題責任者と協議し、プロジェクトを遅滞なく推進するための企画や改善策を運営委員会
へ提案した。併せて、プロジェクト推進のために課題責任者の補佐を行った。
４－２－７．プロジェクトの総合的推進
本プロジェクト全体の連携を密としつつ円滑に運営していくため、以下のように運営委員会の開催及び運営委員会メール審議を行い、参画各機関の連携・調整し、事業を推進した。
8/1 第 13 回運営委員会：平成 30 年度事業計画方針、公開シンポジウム及び若手勉強会等の行事等について協議した。
8/31 運営委員会メール審議：中間評価での指摘事項対応のため、インフォマティクス活用
ワーキンググループ設立と活動内容等について審議を行った。事後、インフォマティ
クス活用 WG の活動を開始した。
12/10 第 14 回運営委員会：平成 31 年度事業計画及び第 6 回公開シンポジウムの日程・場所等について協議を行った。
1/8 運営委員会メール審議：平成 31 年度所要経費及び事務局経費内訳について審議した。
3/28 運営委員会メール審議：平成 31 年度事業計画、第 6 回公開シンポジウムの日程・場所等について審議した。
また、諮問委員会の開催及び諮問委員会メール審議を行い、実施計画や研究内容等について質疑応答を行い、指摘を頂いた点について改善に努力した。
5/28 諮問委員会メール審議：中間評価での指摘事項の対応を反映した実施計画の審議を行った。事後、中間評価指摘事項対応を開始した。
1/8 第 7 回諮問委員会：平成 30 年度末ヒアリング対応及び平成 31 年度研究開発計画についての質疑応答を行った。
2/15 諮問委員会メール審議：平成 31 年度実施体制の変更に伴い修正した実施計画の審議を行った。
本プロジェクトで得られた成果については、広報や研究活動を通じて積極的に公表し、今後の展開に資した（研究成果説明 CG 制作、10/20 分子科学研究所一般公開出展、11/23 理研計算科学研究センター一般公開出展、研究成果の重点課題 5 ホームページ掲載）。
ポスト｢京｣に向けて開発するシミュレータのコアとなる基盤アプリ（NTChem 、GELLAN、
MODYLAS、stat-CPMD）及び DC-DFTB-K については、研究者による機能の開発と並行して、ポス
ト｢京｣開発ベンダーとポスト｢京｣をターゲットとした高度化や性能向上のための調査を実施した（外注）。
民間研究者や実験研究者との連携を深めるため、重点課題 5 第 2 回 実験・産業との連携シ

56

ンポジウム「テーマ：化学エネルギーの有効利用」（12/11）で、実験研究者 4 名に特別講演をお願いし、共通の課題や連携について議論した。また、重点課題 5 第 5 回公開シンポジウム（12/11-12）では、本プロジェクトからは口頭発表(14 件)とポスター発表(35 件)を行い、参加した企業研究者も含めて情報・意見交換を行った。更に、5 年後、10 年後の企業での HPC 利用について、産応協がまとめた「産業シミュレーション・ロードマップ」をもとに、産応協と意見交換（12/10）を行った。また、第 6 回材料系ワークショップ〜大規模シミュレーションと機械学習の新展開〜（10/12）、第 7 回材料系ワークショップ〜第一原理計算と実験のデータ
同化による材料開発手法〜（2/8）を高度情報科学技術研究機構と共催した。
ポスドク（研究員）については、第 1 回若手勉強会（8/20-22）を開催し、若手研究者間で共通の課題や計算科学手法等について密な議論を行った。また、第 5 回公開シンポジウムにおいて口頭発表またはポスター発表により、自らの情報発信と議論を通したコミュニティでのネットワーク作りを実践することとした。また、本課題で開発するアプリを利活用する人材の育成を狙って、大規模並列量子化学計算プログラム SMASH 講習会を 2 回開催するとともに、量子化学(参加者 87 名、講師 9 名）
、分子シミュレーション(参加者 129 名、講師 16 名)のスクールなどを開催した。

57

計算資源を効率良く利活用するために計算資源のマネジメントを実施した。｢京｣の計算資源
は、サブ課題毎に、上期と下期に分けて利用量が割り当てられている。毎月サブ課題の計算資源の利用状況を確認し、利用が滞っているサブ課題には状況を確認し、計算資源の計画的利用や利用計画の見直しを促した。以上のような｢京｣の計算資源のマネジメントにより、上期は下期配分量の前倒し利用で 116%、下期は年間配分量を使い切り、低優先度実行の制度を利用して利用率 101%となり、配分計算資源を有効に利用することができた。

58

４－３．活動（研究会等）[研究会等主催・共催・出展など]
日程

行事名

開催場所等

4/26

第9回連携推進ワークショップ

ステーションコンファレンス万世橋 303

5/28

諮問委員会メール審議

メール審議

7/ 5

第10回連携推進ワークショップ

ステーションコンファレンス万世橋 405A

8/ 1

第13回運営委員会

TKP 名古屋ルーセントタワー 16F 会議室B

8/17

インフォマティクス活用ワーキンググ

TKP名古屋ルーセントタワー

ループL

第1回若手勉強会

TKP レクトーレ熱海桃山 カンファレンス

8/202216F

会議室

ルーム 参加者：25名

8/31

運営委員会メール審議

メール審議

9/ 3-

ポスト「京」重点課題５ オータムカレ

岡崎コンファレンスセンター

9/ 6

ッジ –分子シミュレーション-

参加者129名、講師16名、合計145名

9/12-

第22回分子シミュレーション（2018年

三国観光ホテル

9/14度）夏の学校（協賛）

参加者39名、講師3名、合計42名

10/10

第11回連携推進ワークショップ

ステーションコンファレンス万世橋 406

10/12

第6回材料系ワークショップ(共催)

秋葉原UDX 4階 NEXT-1
参加者91名、内企業68名

10/18

第12回連携推進ワークショップ

キャンパスプラザ京都 京都大学サテライ
ト講習室（6階・第8講習室）

10/20

分子科学研究所一般公開2018(出展)

自然科学研究機構分子科学研究所

11/23

理研計算科学研究センター一般公開

理化学研究所計算科学研究センター

(出展)
12/ 6
12/10
12/10

ポスト「京」重点課題５ 大規模並列量

高度計算科学研究支援センター 2F実習室

子化学計算プログラムSMASH講習会

参加者6名、講師1名、合計7名

産応協「産業シミュレーション・ロード

北海道大学 ファカルティハウス「エンレイマップ」について意見交換会

ソウ」第1会議室

第14回運営委員会

北海道大学 ファカルティハウス「エンレイソウ」第1会議室

12/11

第2回実験・産業との連携シンポジウム

北海道大学フロンティア化学教育研究セン
ター 2F レクチャーホール（鈴木章ホール）
参加者110名、内企業9名

12/11-

第5回公開シンポジウム

北海道大学フロンティア化学教育研究セン

12/12

ター 2F レクチャーホール（鈴木章ホール）
参加者110名、内企業9名

9/ 3-

ポスト「京」重点課題５ ウインタース

岡崎コンファレンスセンター

9/ 6

クール –量子化学-

参加者87名、講師9名、合計96名
59

1/ 8

運営委員会メール審議

メール審議

1/ 8

第7回諮問委員会

AP品川 10階 Dルーム

2/ 8

第7回材料系ワークショップ(共催)

秋葉原UDX 4階 NEXT-1
参加者86名、内企業56名

2/13

ポスト「京」重点課題５ 大規模並列量

名古屋大学高等総合研究館308号室子化学計算プログラムSMASH講習会

参加者10名、講師1名、合計11名−

名古屋大学情報基盤センターCX400を用いたハンズオン−
2/15

諮問委員会メール審議

メール審議

3/ 1

第13回連携推進ワークショップ

ステーションコンファレンス万世橋 303

3/15

第9回NTChemワークショップ（共催）

理研計算科学研究センター

3/28

運営委員会メール審議

メール審議

60

４－４．実施体制
業

務

項

実

施 場 所

担

当 責 任 者目
①サブ課題Ａ 新エネ イ）国立大学法人神戸大学

大学院科学技術イノベーション研

ルギー源の創出・確究科 教授 天能 精一郎

保 — 太陽光エネルギ ロ）国立研究開発法人理化学研究所

計算科学研究センター チームリーーダー 中嶋 隆人
ハ）国立大学法人東京大学

大学院工学系研究科
教授 山下 晃一

②サブ課題Ｂ エネル イ）国立大学法人東京大学

物性研究所

ギーの変換・貯蔵 —准教授 杉野 修

電気エネルギーロ）国立研究開発法人物質・材料研究機構 エネルギー・環境材料研究拠点
グループリーダー 館山 佳尚ハ）国立大学法人名古屋大学

大学院情報学研究科
教授 長岡 正隆

ニ）国立大学法人名古屋大学

大学院工学研究科
教授 岡崎 進③サブ課題Ｃ エネル イ）国立大学法人岡山大学

異分野基礎科学研究所

ギー・資源の有効利

教授 田中 秀樹

用 — 化学エネルギーロ）国立大学法人北海道大学

大学院理学研究院
教授 武次 徹也ハ）学校法人早稲田大学

先進理工学部
教授 中井浩巳

ニ）大学共同利用機関法人自然科学研究機 理論・計算分子科学領域④基盤アプリ設計・

構 分子科学研究所

准教授 奥村 久士

国立研究開発法人理化学研究所

計算科学研究センター

開発⑤プロジェクトの企

チームリーダー 中嶋 隆人
国立大学法人名古屋大学

画・改善提案大学院工学研究科
教授 岡崎 進国立大学法人神戸大学

大学院科学技術イノベーション研
究科 教授 天能 精一郎⑥プロジェクトの総大学共同利用機関法人自然科学研究機構

分子科学研究所

合的推進

分子科学研究所

教授 岡崎 進61

別添 1

平成 30 年度
「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
成果報告書

別添 1

目次
（１）会議開催報告 ................................................................................................................ 1
K01 第 13 回運営委員会 ..................................................................................................... 1
K02 運営委員会メール審議 ................................................................................................ 3
K03 第 14 回運営委員会 ..................................................................................................... 4
K04 運営委員会メール審議 ................................................................................................ 7
K05 運営委員会メール審議 ................................................................................................ 7
K06 諮問委員会メール審議 ................................................................................................ 8
K07 第 7 回諮問委員会 ....................................................................................................... 8
K08 諮問委員会メール審議 ................................................................................................ 9
K09 第 9 回連携推進ワークショップ -電池 ..................................................................... 9K10 第 10 回連携推進ワークショップ -電池 ................................................................... 9K11 インフォマティクス活用ワーキンググループ ......................................................... 10K12 第 11 回連携推進ワークショップ -電池 ................................................................. 10K13 第 12 回連携推進ワークショップ –元素戦略（電池・触媒） .................................. 10K14 第 13 回連携推進ワークショップ -電池 ..................................................................11
K15 第 1 回若手勉強会(CSE 1st Young Researcher Workshop) ..................................... 12K16 ポスト「京」重点課題５ オータムカレッジ –分子シミュレーション- ................. 16K17 第 22 回分子シミュレーション（2018 年度）夏の学校（協賛） ............................... 17K18 基盤アプリ設計開発ワーキング ............................................................................... 17K19 第 6 回材料系ワークショップ〜大規模シミュレーションと機械学習の新展開〜（共催） ............................................................................................................................. 18
K20 ポスト「京」重点課題５ 大規模並列量子化学計算プログラム SMASH 講習会 ........ 19K21 産応協「産業シミュレーション・ロードマップ」について意見交換会 ................. 19K22 第 2 回 実験・産業との連携シンポジウム「テーマ：化学エネルギーの有効利用」、
第 5 回公開シンポジウム .......................................................................................... 20
K23 ポスト「京」重点課題５ ウインタースクール –量子化学- .................................... 24K24 第 7 回材料系ワークショップ〜第一原理計算と実験のデータ同化による材料開発手法〜（共催） .............................................................................................................. 26
K25 ポスト「京」重点課題５ 大規模並列量子化学計算プログラム SMASH 講習会 −名古屋大学情報基盤センターCX400 を用いたハンズオン− .............................................. 27
K26 第 9 回 NTChem ワークショップ（共催） .................................................................... 28K27 基盤アプリ設計開発ワーキング ............................................................................... 29（２）会議参加報告................................................................................................................ 30
S01 HPCI コンソーシアム平成 30 年度通常総会 .............................................................. 30
S02 第 1 回システム・アプリケーション連携推進委員会 .............................................. 30
S03 第 4 回計算物質科学連絡会議 ................................................................................... 31i

S04 分子科学研究所一般公開 2018(出展) ....................................................................... 31
S05 第 5 回「京」を中核とする HPCI システム利用研究課題 成果報告会 〜ポスト「京」への移行期を迎える HPCI〜 ...................................................................................... 32
S06 2018 年度 理研計算科学研究センター一般公開(出展) .......................................... 33
S07 第 2 回システム・アプリケーション連携推進委員会 .............................................. 34
S08 ポスト「京」の成果創出に向けた意見交換会 ......................................................... 34
S09 京×ポスト京 シンポジウム ～シミュレーション・AI・ビッグデータ～ ............ 35
S10 第 6 回ポスト「京」性能評価環境説明会 ................................................................. 36
S11 第 5 回計算物質科学連絡会議 ................................................................................... 36（３）コデザイン検討会議報告 ............................................................................................. 37
C01 重点課題アプリ 5 精度確認検討会 ............................................................................ 37
C02 第 42 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 37
C03 第 43 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 37
C04 第 44 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 38
C05 第 45 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 38
C06 重点課題アプリ 5 アプリ検討会議 ............................................................................ 38
C07 第 46 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 39
C08 第 47 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 39
C09 第 48 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 39
C10 第 49 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 40
C11 アプリケーション検討会 .......................................................................................... 40
C12 アプリケーション検討会 .......................................................................................... 40
C13 第 51 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 41
C14 アプリケーション検討会 .......................................................................................... 41
C15 アプリケーション検討会 .......................................................................................... 41
C16 第 52 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 42
C17 アプリケーション検討会 .......................................................................................... 42
C18 第 53 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ ........................................................ 42（４）学会等発表実績 ............................................................................................................ 43
１．学会等における口頭・ポスター発表 .......................................................................... 43（a）口頭発表 .................................................................................................................... 43（b）ポスター発表 ............................................................................................................ 62（c）招待講演 .................................................................................................................... 94
２．学会誌・雑誌等における論文掲載 ........................................................................... 106
３．プレス発表 .................................................................................................................117（５）特許出願状況...............................................................................................................118

ii

（１）会議開催報告
会議開催報告 K01
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 13 回運営委員会

日時2018 年 8 月 1 日(水)10:00 ～ 12:10

場所

TKP 名古屋ルーセントタワー １６Ｆ 会議室Ｂ

参加者

岡崎、天能、中嶋、山下、杉野、館山（TV）、長岡、田中、武次（TV）、中井、
CSE 事務局

重点課題５「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第１３回運営委員会議事概要
日時：２０１８年８月１日（水）１０：００～１２：１０
場所：TKP 名古屋ルーセントタワー １６Ｆ 会議室Ｂ
参加予定：岡崎、天能、中嶋、山下、杉野、館山（TV）、長岡、田中、武次（TV）、中井、
CSE 事務局
議題案

司会 天能

Ⅰ．確認事項
前回(3/1)議事録案、議事概要案

天能

資料１、資料２○異議無く承認した。
Ⅱ．報告事項1.

平成 29 年度成果報告書について

天能

別冊資料１、２2.

実施計画の更新について

天能

別冊資料３

○成果報告書の提出時に、実施計画書を修正した旨の報告があった。
3.

HPCI コンソーシアム平成 30 年度通常総会（5/31 開催）

加藤

資料３

○HPCI コンソの提言の中に、成果創出フェーズの実施方法の記述があり、本プロジェクトの成果創出、評価について意見を交換した。
4.

総合科学技術・イノベーション会議（CSTI） 評価専門調査委員会
発の中間評価（6/21 開催）

ポスト｢京｣の開加藤

資料４○ポスト｢京｣の中間評価（第１回目）について、事務局より報告があった。
5. 基盤アプリ高度化 WG

中嶋

資料５

田中

資料６

石谷

資料７

○コデザインの進捗、高度化予算の配分について報告があった。
6. 第 2 回実験・産業との連携シンポ、第 5 回公開シンポについて○シンポジウムの講演者などが決まったことについて報告あった。
7. 次世代電池ビデオの YouTube 公開について○YouTube 分子研チャネルでビデオを公開した旨の報告があった。
別添 1-1

8. サブ課題 C の研究成果紹介ビデオ制作について

中井

資料８

○CO2 分離・回収について、パリ宣言も含めて紹介する予定との報告があった。｢京｣、ポス
ト｢京｣及びアプリ開発にも触れて欲しいとの意見があった。
9. 第 1 回若手勉強会について

加藤

資料９

○雇用 PD も含めて 22 名が参加登録あり、先生方への参加要請があった。
10. ｢京｣及び FX100 の計算資源使用実績報告

加藤

資料１０

○京については、8 月から各サブ課題内共有とすることの報告があった。
Ⅲ．審議事項○インフォマティクス活用 WG について提案があり、メンバーや体制について引き続き審議
していくことになった。
会議後：メンバーや活動内容を検討し、運営委員メール審議にて別添資料「インフォマテ
ィクス活用ワーキンググループ設立について」を承認した。
○8 月の若手勉強会での議論と、12 月のシンポジウムにインフォマティクス活用 WG のセッションを設けることとした。
Ⅳ．依頼事項(1) 平成 31 年度｢京｣運用停止(6 ヶ月か 9 ヶ月を予定)の対応について
岡崎／加藤 資料１１○｢京｣停止後の計算機資源について議論し、前倒しで研究開発を進めることとした。
(2) 重点課題５ホームページに掲載する成果説明の確認依頼

加藤○時間が超過したため、別途、メールにて依頼することにした。
(3) 論文の謝辞への重点課題５掲載依頼

加藤

資料１２

○時間が超過したため、別途、メールにて依頼することにした。
(4) 第 7 回諮問委員会（来年 1 月 AP 品川開催予定）の日程調整

加藤○時間が超過したため、別途、メールにて依頼することにした。
Ⅴ. 今後の予定
9 月 7 日(金) 15:00-16:30 文部科学省 平成 29 年度額の確認調査＠分子研第 2 会議室
10 月 10 日(水) 10:00-17:00 サブ課題 B 会議＠秋葉原ステーションコンファレンス万世
橋 406
10 月 20 日(土) 分子研一般公開
11 月 2 日(金) HPCI 成果報告会（予定）
11 月 23 日(土) 理研 R-CCS 一般公開
12 月 10 日(月) 15:00-17:00 第 14 回 運営委員会＠北海道大学 ファカルティハウス「エンレイソウ」第 1 会議室
12 月 11 日(火) 10:00-12:10、12 日(水) 9:30-16:10 第 5 回公開シンポジウム＠北海道
大学フロンティア化学教育研究
別添 1-2

センター ２Ｆ レクチャーホール（鈴木章ホール）
12 月 11 日(火) 13:30-17:45 第 2 回実験・産業との連携シンポジウム＠北海道大学フロ
ンティア化学教育研究センター ２Ｆ レクチャーホール
（鈴木章ホール）
12 月 11 日(火) 18:05-19:35 懇親会（会費：5,000 円予定）＠北海道大学ファカルティ
ハウス「エンレイソウ」
1 月 8 日(火) 15:00-17:00 第 7 回諮問委員会＠AP 品川 １０階 Ｄルーム
Ⅵ．別冊資料(1) 平成２９年度成果報告書

別冊資料１(2) 平成２９年度成果報告書 別添１（会議開催等報告、学会等発表実績）別冊資料２(3) 実施計画（平成２９年度成果報告書 別添２）

別冊資料３
以

上

会議開催報告 K02
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
運営委員会メール審議

日時2018 年 8 月 31 日(金)審議項目

インフォマティクス活用ワーキンググループ（IA-WG）設立について
以下の項目についてメール審議にて承認された。
・IA-WG のメンバーおよび活動内容
・IA-WG 開催時の諸費用（旅費、会議費等）を CSE 事務局経費から支出すること

別添 1-3

会議開催報告 K03
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 14 回運営委員会

日時2018 年 12 月 10 日(月) 15:30 ～ 17:30

場所

北海道大学 ファカルティハウス「エンレイソウ」第 1 会議室

参加者

岡崎、天能、中嶋、山下、杉野、館山、長岡、田中、武次、中井、奥村、CSE 事務局

重点課題５「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第14回運営委員会議事概要
日時：２０１８年１２月１０日（月）１５：００～１７：３０
場所：北海道大学 ファカルティハウス「エンレイソウ」第 1 会議室
参加：岡崎、天能、中嶋、山下、杉野、館山、長岡、田中、武次、中井、奥村、CSE 事務局
議事

司会 天能

Ⅰ．確認事項
前回(8/1)議事録案、議事概要案

天能

資料１、資料２○特に異議無く承認した。
Ⅱ．報告事項1.

HPCI 計画推進委員会(第 36 回)

加藤○HPCI 計画推進委員会でポスト｢京｣利活用促進 WG が設置された旨の報告があった。
2.

総合科学技術・イノベーション会議（CSTI） 評価専門調査委員会
ポスト｢京｣の開発の中間評価

加藤

資料３

○中間評価の結果が良好でポスト｢京｣の製造が始まる旨の報告があった。
3. ポスト「京」の利活用促進・成果創出加速に関するワーキンググループ(第 1 回)
加藤

資料４

○ポスト｢京｣利活用促進 WG の第１回会合が 11/8 にあり、後 3 回で、次回 12/18 の予定との報告があった。
4. 基盤アプリ設計・開発 WG

中嶋○WG 報告は、公開シンポジウムで行うとの報告があった。
5. インフォマティクス活用推進 WG

館山

資料６

○WG の趣旨、体制、活動と、公開シンポジウムのセッションについて報告があった。
6. 計算物質科学連絡会議

天能

資料７

○8/2 に開催された連絡会議について報告があった。
7. 元素戦略（触媒・電池）と重点課題５との連絡会

天能10 月 18 日（木）@キャンパスプラザ京都○開催された連絡会について報告があった。今後も連携を深めていくこととした。
別添 1-4

8. サブ課題 C の研究成果紹介ビデオ制作状況

中井○製作状況及び公開シンポで試写を行う旨の報告があった。
9. 第 1 回若手勉強会

加藤

資料８

○8/20 に開催した勉強会について報告があった。次回、来年度の幹事は、名大の藤本さん。
10. ｢京｣及び FX100 の計算資源使用実績

加藤

資料９

○｢京｣について 100%を超える見込み、基盤センター利用も検討中との報告があった。
11. 第 5 回「京」を中核とする HPCI システム利用研究課題 成果報告会 加藤 資料１０
○11/2 に開催した報告会について報告があった。
12. 第 6 回材料系ワークショップ

石谷

資料１１

○10/12 に開催したワークショップについて報告があった。
13.

理研 R-CCS、分子研一般公開

石谷、加藤 資料１２

○各々の一般公開について報告があった。
Ⅲ．審議事項
最終年度を迎えるにあたって

岡崎○後一年でプロジェクトが終わるので、大きな成果を出して頂きたい旨の話があった。
(1) 平成 31 年度経費・事務局経費について

天能

資料１３

(2) 平成 31 年度｢京｣、基盤センター、名大 FX100 計算資源配分方針 加藤資料１４○仮置き予算(2.4 億円)の配分について承認した。
○基盤センターを含めた配分方針について提案があり、配分方針について承認した。
(3) 平成 31 年度諮問委員、運営委員の委嘱について

加藤

資料１５

○来年度についても現在の運営委員、諮問委員に継続してお願いする旨の提案があり、承認した。
(4) 第 3 回実験・産業との連携シンポジウム、第 6 回公開シンポジウム（最終報告会）の日程及び開催場所について

石谷

資料１６

○協議の結果、日程は仮決めとして 2020 年 3 月 9 日(月)、10 日(火)に、東京で行うこととした。
(5) 材料系ワークショップ

加藤

資料２１

○共催することを承認した。
(6) R-CCS 国際シンポジウムについて (追加議題)

中嶋○R-CCS 国際シンポジウム(2/18,19)における成果発表、パネリストについて依頼があり、候補者を選出した。
Ⅳ．依頼事項(1) 平成 31 年業務計画書作成等のスケジュール

加藤

資料１７

加藤

資料１８

○業務計画の作成スケジュール他について説明があった。
(2) 論文の謝辞への重点課題５掲載依頼○謝辞の記載について依頼があった。
Ⅴ. その他
別添 1-5

(1) 分子研 2019 年度 計算物質科学スパコン共用事業枠 利用募集 加藤 資料１９
○応募〆切り 1/31 で、サブ課題毎に纏めるので、事務局〆切りを 1/29 としたいとのお知らせがあった。
(2) 物性研 計算物質科学スーパーコンピュータ共用事業枠
2019 年度前期募集

加藤

資料２０

○応募〆切り 12/28 で、個別に申請して欲しいとのお知らせがあった。
Ⅵ. 今後の予定
12 月 11 日(火) 10:00-12:20、12 日(水) 9:30-16:50 第 5 回公開シンポジウム＠北海道
大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レクチャーホール（鈴木章ホール）
12 月 11 日(火) 13:30-17:45 第 2 回実験・産業との連携シンポジウム＠北海道大学フロ
ンティア化学教育研究センター ２Ｆ レクチャーホール
（鈴木章ホール）
12 月 11 日(火) 18:05-19:35 懇親会（会費：5,000 円予定）＠北海道大学ファカルティ
ハウス「エンレイソウ」
1 月 8 日(火) 15:00-17:00 第 7 回諮問委員会＠AP 品川 10 階 Ｄルーム
1 月 17 日(木) 10:00-15:30 文科省平成 30 年度成果ヒアリング（発表 10 分、質疑 15 分）
2 月 8 日(金) 第７回材料系ワークショップ＠東京・秋葉原 UDX 4F NEXT-1
4 月 4 日(木) 平成 30 年度成果報告(概要)〆切り
5 月 7 日(火) 平成 30 年度成果報告(詳細)〆切り以

別添 1-6

上会議開催報告 K04
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
運営委員会メール審議

日時2019 年 1 月 8 日(火)審議項目

令和元年度（平成 31 年度）所要経費について
以下の項目についてメール審議にて承認された。
・令和元年度（平成 31 年度）所要経費の変更（仮置き総額を 216,466 千
円に）・第 14 回運営委員会で承認した所要経費から CSE 事務局減額案（計算資源確保費用、広報活動費等の見直し）

会議開催報告 K05
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
運営委員会メール審議

日時2019 年 3 月 28 日(木)審議項目

令和元年度（平成 31 年度）行事計画と実施計画について、
以下の項目についてメール審議にて承認された。
・令和元年度（平成 31 年度）行事計画（第 6 回シンポジウム、諮問委員
会、運営委員会の開催）
・本格実施最終年度となる令和元年度（平成 31 年度）にあたり実施計画の確認

別添 1-7

会議開催報告 K06
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
諮問委員会メール審議

日時2018 年 5 月 28 日(月)審議項目

文部科学省の中間評価指摘事項に対応する実施計画の修正について
以下の項目についてメール審議にて承認された。
・インフォマティクス活用ワーキンググループの取り組みについて
・実施計画の内容を具体的にすべく見直し

会議開催報告 K07
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 7 回諮問委員会

日時2019 年 1 月 8 日(木) 15:00 ～ 17:15

場所

AP 品川 10 階 Ｄルーム

参加者

[諮問委員][重点課題５]

辰巳、金村、工藤、茂本、三上、藪下、横川岡崎、山下、天能、杉野、田中、中嶋、CSE 事務局[オブザーバ] 文科省 坂下室長、松岡議事

１．第 7 回諮問委員会開催にあたり
２．文科省平成 30 年度末ヒアリングに向け、重点課題 5 の取り組み状況、
成果と計画について
３．重点課題 5 の研究開発の進捗、成果と計画について(1) サブ課題Ａ(2) サブ課題Ｂ(3) サブ課題Ｃ(4) 基盤アプリ設計開発
４．その他(1) 今後の成果評価に伴う秘密情報の取り扱いについて(2) 平成 31 年度諮問委員委嘱について(3) 平成 31 年度予算について

別添 1-8

会議開催報告 K08
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
諮問委員会メール審議

日時2019 年 2 月 15 日(金)審議項目

令和元年（平成 31 年度）の実施体制を反映した実施計画の修正について
以下の項目についてメール審議にて承認された。
・サブ課題Ａの再委託先を変更

会議開催報告 K09
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 9 回連携推進ワークショップ -電池

日時2018 年 4 月 26 日(木) 11:00 ～ 17:00

場所

ステーションコンファレンス万世橋 303

参加者

杉野、館山、長岡、岡崎、森川、濱田、大谷、赤木、CSE 事務局

議事１．実施計画の確認
２．研究成果説明ビデオの企画について
３．二次電池に関する研究状況について
４．その他

会議開催報告 K10
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 10 回連携推進ワークショップ -電池

日時2018 年 7 月 5 日(木) 11:00 ～ 17:00

場所

ステーションコンファレンス万世橋 405A

参加者

杉野、館山、岡崎、森川、大谷、赤木、飯塚、YAN、安藤、GAO、笠松、山本、木村、CSE 事務局

議事１．研究分担説明図の確認
２．研究進捗状況について
３．その他

別添 1-9

会議開催報告 K11
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
インフォマティクス活用ワーキンググループ

日時2018 年 8 月 17 日(金) 16:00 ～ 18:00

場所

TKP 名古屋ルーセントタワー 16F 会議室 L

参加者

館山、岡崎、天能、CSE 事務局

議事１．インフォマティクス活用ワーキンググループ設立について
２．活動内容等について
３．その他

会議開催報告 K12
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 11 回連携推進ワークショップ -電池

日時2018 年 10 月 10 日(水) 11:00 ～ 17:00

場所

ステーションコンファレンス万世橋 406

参加者

杉野、館山、長岡、岡崎、森川、濱田、大谷、赤木、CSE 事務局

議事

１．研究進捗状況について
２．その他

会議開催報告 K13
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 12 回連携推進ワークショップ –元素戦略（電池・触媒）

日時2018 年 10 月 18 日(木) 15:00 ～ 17:00

場所

キャンパスプラザ京都 京都大学サテライト講習室（6 階・第 8 講習室）

参加者

元素戦略：田中、江原、太田
重点課題 5：岡崎、天能、山下議事

１．プロジェクトの取り組み状況について
２．連携や課題について意見交換
３．その他

別添 1-10

会議開催報告 K14
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 13 回連携推進ワークショップ -電池

日時2019 年 3 月 1 日(金) 10:00 ～ 15:00

場所

ステーションコンファレンス万世橋 303

参加者

杉野、岡崎、森川、濱田、赤木、春山、笠松、Yan、Gao、Choudhary、山本、岡本、CSE 事務局

議事

１．研究進捗状況について
２．その他

別添 1-11

会議開催報告 K15
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 1 回若手勉強会(CSE 1st Young Researcher Workshop)

日時2018 年 8 月 20 日(月) ～ 22 日(水)場所

TKP レクトーレ熱海桃山 カンファレンスルーム

参加者

25 名

プログラム
Day1,August 20th
13:00 – 13:30

受付/Registration

13:30 – 14:00

挨拶・説明等/Opening address and announcement

14:00 – 15:20

研究発表(サブ課題 B) /Oral Presentation(Branch B)

Chair: Masato

Kobayashi
・Noriyuki Yoshii (Nagoya University), “Extensions of the Fast
Multipole Method”
・Taichi Inagaki(Nagoya University), “Constant potential MD
simulation method and its applications to electrochemicalinterfaces “・Xichan Gao(National Institute for Materials Science ),“Improved Polarizable Dipole-Dipole Interaction Model for
Hydrogen Bonding, Stacking, T-Shaped and X–H∙∙∙π Interactions “・Ashu Choudhary(National Institute for Materials Science),“Revisiting Grignard Reagent Based Electrolytes in Magnesium-ion
Battery: A first principles study”
15:50 – 17:10

研究発表(サブ課題 B) /Oral Presentation(Branch B) Chair:Takashi
Tsuchimochi
・Yoshimichi Ando(Institute for Molecular Science), “Performance
improvements of software MODYLAS for the post-K computer”
・Shota Iizuka(National Institute for Materials Science),

別添 1-12

“van-der-Waals effects on organic liquids”
・Jiachao Zhang(Nagoya University), “Consideration ofaccelerating MODYLAS by utilizing single-precision SIMD on
Post-K”
・Yoshiyuki Yamamoto(The University of Tokyo), “First-principles
simulation of TiO2electrocatalyst for polymer electrolyte fuelcell”
18:00 – 19:30

夕食 /Dinner

19:30 – 22:00

懇親会・情報交換会(討論「インフォマティクス活用について」)/Discussion with food and drink (“HPC and materials
informatics”)

Day2,August 21st
9:30 –10:30

研究発表(サブ課題 A)/Oral Presentation(Branch A) Chair:Shota
Iizuka・Keisuke Sawada(RIKEN Center for Computational Science),“Development of large-scale ab initio quantum chemical code basedon massively-parallel sparse-matrix library”
・Motoyuki Uejima(Kobe University), “Massively parallel
implementation of model space quantum Monte Carlo method”
・Takashi Tsuchimochi(Kobe University), “Development ofsymmetry-projectionmethods targeting artificial
photocatalysts”

11:00 – 12:00

研究発表(サブ課題 A)/Oral Presentation(Branch A) Chair:Shusuke
Kasamatsu
・Noriyuki Minezawa(RIKEN Center for Computational Science),“Trajectory surface hopping simulation toward understanding themechanisms of photovoltaic solar cells”
・Enhua Xu(Kobe University), “A Full Coupled-Cluster Reduction

別添 1-13

For Accurate Description Of Strong Electron Correlation”
・Takehiro Yonehara(RIKEN Center for Computational Science),“Development of quantum dynamics methods for investigating alight energy conversion”
12:00 – 14:00

昼食、休憩/Lunch,Break

14:00 – 15:40

研究発表（サブ課題 C）Oral Presentation(Branch C) Chair:Kazushi
Fujimoto
・Kazuya Ishimura(Institute for Molecular Science), “Algorithm
development for massively parallel quantum chemistry calculations“
・Masato Kobayashi(Hokkaido University), ” Recent Trends on
Catalyst Informatics “・Yoshifumi Nishimura(Waseda University), “Recent developmentsof divide-and-conquer density-functional tight-binding molecular
dynamics method”
・Takuma Yagasaki(Okayama University), “Phase diagram of
TIP4P/2005 water “・Chien-Pin Chou(Waseda University), “Recent Development on
Density-Functional Tight-Binding Parameterization “

16:10 – 17:10

研究発表（サブ課題 B）Oral Presentation(Branch B) Chair:Keisuke
Sawada・Shusuke Kasamatsu(The University of Tokyo), “Direct couplingof first-principles calculation with replica exchange Monte Carlosampling of ion disorder in solids
・Yan Lei(The University of Tokyo), “Hydrogen Adsorption on
Pt(111) Revisited from Random Phase Approximation”
・Kazushi Fujimoto(Nagoya University), “Fracture Simulation ofa Glassy Polymer by all-atomistic Molecular Dynamics
Calculation”

18:00 – 19:30

夕食/Dinner
別添 1-1419:30 – 22:00

懇親会・情報交換会(発表「現時点でのポスト京公開情報紹介」など)/Discussion with food and drink (“Open information of Post-K
Computer”)

Day3,August 22rd
9:30– 12:00

実習、意見交換会/Group exercise

12:00 – 13:30

昼食 Lunch

13:30 – 15:00

実習、意見交換会/Group exercise

別添 1-15

会議開催報告 K16
会議名称

ポスト「京」重点課題５ オータムカレッジ –分子シミュレーション-

日時2018 年 9 月 3 日(月) ～ 6 日(木)場所

岡崎コンファレンスセンター

参加者

129 名 講師 16 名 合計 145 名

プログラム
第 1 日目：2018 年 9 月 3 日（月）12:30-13:15

受付

13:15-13:30

開会式

13:30-15:00

松本充弘(京都大学) 「シミュレーションの全体像・概論」

15:10-16:40

吉井範行（名古屋大学）「力学、解析力学、数値解法、拘束動力学」

16:50-18:20

奥村久士（生命創成探究センター）「各種統計アンサンブルの生成法」

第 2 日目：2018 年 9 月 4 日（火）9:00-10:30

三上益弘(慶應義塾大学)「原子間・分子間相互作用エネルギー関数と長距離力計算法」

10:40-12:10

甲賀研一郎（岡山大学）「統計力学」

12:10-13:30

昼

13:30-15:00

森田明弘 (東北大学)「コンピューター・シミュレーションと理論化学」

15:10-16:40

篠田 渉(名古屋大学)「階層的分子モデリング-粗視化の方法について-」

16:50-18:20

松林伸幸(大阪大学)「自由エネルギー計算」

18:30-18:50

樋渡保秋(金沢大学）「コンピュータ・レジェンド：三博士の紹介」

19:00-20:30

懇親会

食

赤字：台風接近のため中止。
第 3 日目：2018 年 9 月 5 日（水）9:00-10:30

長岡正隆(名古屋大学)「化学反応と分子シミュレーション」

10:40-12:10

岡崎圭一（分子科学研究所）「反応速度論とマルコフモデル」

12:10-13:30

昼

13:30-15:00

高田彰二（京都大学）「機械学習と分子シミュレーション」

15:00-15:05

上田 顕(京都大学）「分子シミュレーションスクール開講に寄せて」

15:10-16:40

杉井泰介（株式会社日立製作所）「企業における材料系事例を中心とした

食

分子シミュレーションの取り組み」
16:50-18:20

藤崎弘士(日本医科大学）「生体分子の構造変化経路サンプリング」

第 4 日目：2018 年 9 月 6 日（木）別添 1-16

9:00-10:30

伊藤篤史（核融合科学研究所）「プラズマ－物質相互作用のシミュレーシ
ョン」

10:40-12:10

芝 隼人（東北大学）「ガラス動力学のシミュレーション — モデル・計算・解析」

12:15-12:30

閉会式・修了書授与

会議開催報告 K17
会議名称

第 22 回分子シミュレーション（2018 年度）夏の学校（協賛）主催

分子シミュレーション研究会

日時2018 年 9 月 12 日(水) ～ 14 日(金)場所

三国観光ホテル

参加者

39 名 講師 3 名 合計 42 名

会議開催報告 K18
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
基盤アプリ設計開発ワーキング

日時2018 年 9 月 21 日(金) 13:00 ～ 14:00

場所

TV 会議（理研、神戸大学、名古屋大学、分子研）

参加者

中嶋、天能、岡崎、CSE 事務局

議事１．高度化進捗状況とポスト｢京｣に関する情報共有
２．その他

別添 1-17

会議開催報告 K19
会議名称

第 6 回材料系ワークショップ〜大規模シミュレーションと機械学習の新展
開〜（共催）

主催

一般財団法人 高度情報科学技術研究機構

日時2018 年 10 月 12 日(金) 10:00 ～ 17:30

場所

秋葉原 UDX ４階 NEXT-1

参加者

91 名 内企業 68 名

プログラム
司会：宮内 敦(高度情報科学技術研究機構)
10:00-10:05

開会挨拶
塩原 紀行(高度情報科学技術研究機構)

10:05-10:35

材料系アプリケーションとデータベースの紹介：HPCI 利用支援
吉澤 香奈子(高度情報科学技術研究機構)

10:35-11:10

ＡＩと科学者の協創による材料開発
岩崎 悠真(日本電気株式会社)

11:10-11:45

統合シミュレータ「OCTA」と機械学習のシナジー
坂下 竜一(東ソー株式会社)

11:45-12:50＜ランチタイム＞

12:50-13:25

電極材料開発と電池デバイス設計の橋渡しとしての各種シミュレーシ
ョン技術井上 元(九州大学)

13:25-14:00

汎用 MD 計算ソフトウェア MODYLAS の開発および最近の応用事例
安藤 嘉倫(分子科学研究所)

14:00-14:35

大規模分子シミュレーションと溶液理論の融合によるソフト分子集合
系の自由エネルギー解析
松林 伸幸(大阪大学)

14:35-14:50＜休憩＞

別添 1-18

14:50-15:10「京」からポスト「京」への移行期における課題募集と利用支援
草間 義紀(高度情報科学技術研究機構)

15:10-15:45

SPACIER：材料シミュレーションと機械学習の融合
吉田 亮(統計数理研究所)

15:45-15:55＜休憩＞「ポスト「京」へ向けた機械学習と材料シミュレーションの新アルゴリズム」

15:55-17:00

パネルディスカッション
モデレータ：古宇田 光(東京大学物性研究所)
パネリスト：吉田 亮(統計数理研究所) / 松林 伸幸(大阪大学) / 茂
本 勇(東レ株式会社) / 奥田 基(高度情報科学技術研究機構)

17:00-17:30

HPCI・アプリケーション利用相談、情報交換(希望者のみ)

会議開催報告 K20
会議名称

ポスト「京」重点課題５ 大規模並列量子化学計算プログラム SMASH 講習会

日時2018 年 12 月 6 日(木) 13:00 ～ 16:30

場所

高度計算科学研究支援センター 2F 実習室

参加者

6 名 講師 1 名 合計 7 名

会議開催報告 K21
会議名称

産応協「産業シミュレーション・ロードマップ」について意見交換会

日時2018 年 12 月 10 日(月) 15:00 ～ 15:30

場所

北海道大学 ファカルティハウス「エンレイソウ」第 1 会議室

参加者

産応協：茂本、竹内、石田
重点課題 5：岡崎、天能、中嶋、山下、杉野、館山、長岡、田中、武次、中井、奥村、CSE 事務局

別添 1-19

会議開催報告 K22
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
第 2 回 実験・産業との連携シンポジウム「テーマ：化学エネルギーの有効利用」(11 日)、第 5 回公開シンポジウム(11 日、12 日)

日時2017 年 12 月 11 日(火) ～ 12 日(水)場所

北海道大学フロンティア化学教育研究センター 2F レクチャーホール（鈴木章ホール）

参加者

110 名 内企業 9 名

プログラム
第２回実験・産業との連携シンポジウム[テーマ：化学エネルギーの有効利用]■第１日目：12 月 11 日(火) 13:30～17:45
セッション１
座長：田中 秀樹（岡山大異分野基礎科学研）
13:30 – 13:35

ご挨拶荒井 宏明(文部科学省)

13:35 – 13:40

ご挨拶

平尾 公彦（理研 顧問）

13:40 – 13:45

ご挨拶長谷川 淳也（北大触媒科学研 所長）13:45 – 14:05

ポスト｢京｣重点課題５全体概要

岡崎 進 （分子研／名大院工）14:05 – 14:55

招待講演「海底の燃える氷で電気を作るー海圓山 重直 （八戸高専／

洋メタンハイドレートによる洋上発電への課

東北大）

題ー」
14:55 – 15:45
15:45 – 16:05

招待講演「CCS, CCU で求められる二酸化炭素

川上 浩良 （首都大東京

分離膜性能」

都市環境）

休憩

セッション２
座長：武次 徹也（北大院理）16:05 – 16:55

招待講演「人工光合成と三元触媒上での NO

田中 庸裕 （京大院工）還元」
16:55 – 17:45
17:45 – 18:05

招 待 講 演 「 Computational Chemistry: A

長岡 修平 （ジョンソ

Catalyst Industrial Perspective」

ン・マッセイ・ジャパン）

移動休憩

懇親会
18:05 – 19:35【懇親会】ファカルティハウス「エンレイソウ」 会費 5,000 円予定

別添 1-20

第５回公開シンポジウム■第１日目：12 月 11 日(火) 10:00～12:20
セッション１： サブ課題 C

および基盤アプリ設計・開発 WG

座長：長岡 正隆（名大院情報）10:00 – 10:10

サブ課題 C （進捗概要）

田中 秀樹（岡山大学異分野基礎科学研）

10:10 – 10:40

サブ課題 C「メタン、炭化水素ハイドレート 田中 秀樹（岡山大学異の安定性と相変化の理論と計算」

10:40 – 11:10

分野基礎科学研）

サブ課題 C「理論計算に基づく触媒反応機構 武次 徹也（北大院理）解明と未知触媒探索へむけて」

11:10 – 11:40
11:40 – 12:20

サブ課題 C「CO2 吸収シミュレーションのため

中井浩巳、西村好史、周の超並列量子分子動力学法の開発」

建斌（早大先進理工）基盤アプリ設計・開発 WG「基盤アプリ設計・ 中嶋 隆人（理研 R-CCS）、
開発と重点課題アプリ 5WG におけるポスト

石村 和也（分子研）「京」に向けた取り組み」
12:20 – 13:30

昼食休憩

ポスター貼り出し@ホワイエ■第２日目：12 月 12 日(水) 9:30～16:50
セッション２： サブ課題 B
座長：奥村 久士（分子研）
9:30 – 9:40

サブ課題 B （進捗概要）

杉野 修（東大物性研）

9:40 – 10:10

サブ課題 B「二次電池電解液の新規開発へ向長岡 正隆（名大院情報）

けた複合反応系の計算化学」
10:10 – 10:40

サブ課題 B「貴金属系および酸化物系電極界

杉野 修（東大物性研）

面の第一原理シミュレーション」
10:40 – 11:10

サブ課題 B「燃料電池の電極４相界面におけ岡崎 進（名大院工）る物質輸送分子機構の解明に向けて」
11:10 – 11:40

サブ課題 B「電解液および界面過程のシミュ

館山 佳尚（物材機構）

レーションに向けたコード開発と応用」
セッション３： ポスターセッション
11:40 – 12:40

ポスターセッション@ホワイエ（２F）
ポスター貼り出し期間：12/11(火) 13：30 – 12/12(水) 12：40

12:40 – 14:00

昼食休憩

ポスター撤去別添 1-21

セッション４：インフォマティクス活用 WG
座長：山下 晃一（東大院工）14:00 – 14:10

インフォマティクス活用 WG「重点課題５イン

館山 佳尚（物材機構）

フォマティクス活用 WG について」
14:10- 14:35

14:35 – 14:50

インフォマティクス活用 WG「材料シミュレー

ハレム ランディ 2、中山

ションとベイズ最適化を用いた全固体電池

将伸 1（名工大 1、物材機

材料の探索」構 Green2）

インフォマティクス活用 WG「マテリアルズ・ 中嶋 隆人（理研 R-CCS）
インテグレーションによるエネルギー材料の開発」

14:50 – 15:00

小休憩

セッション５：サブ課題Ａ
座長：中井 浩巳（早大先進理工）
15:00 – 15:10

サブ課題Ａ（進捗概要）

天能 精一郎（神戸大院
科学技術ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ）

15:10 – 15:40
15:40 – 16:10

サブ課題Ａ「ポスト京に向けた、高精度強相天能 精一郎（神戸大院

関ソルバーの開発状況」

科学技術ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ）

サブ課題Ａ「大規模分子計算に向けた密度汎〇神谷 宗明 1,2、中嶋 隆

関数計算法の開発」

人 1（理研 R-CCS1、岐阜
大地域科学 2）

16:10 – 16:40

サブ課題Ａ「計算科学による太陽光エネルギ

山下 晃一（東大院工）ー変換の機構解析と材料探索」
16:40 – 16:50

まとめ

当日のご挨拶、ご講演の様子（第２回実験・産業との連携シンポジウム）

別添 1-22

当日のご講演の様子（第５回公開シンポジウム）

別添 1-23

会議開催報告 K23
会議名称

ポスト「京」重点課題５ ウインタースクール –量子化学-

日時2018 年 12 月 17 日(月) ～ 19 日(水)場所

岡崎コンファレンスセンター

参加者

87 名 講師 9 名 合計 96 名

プログラム
12 月 17 日（月）司会：藤田貴敏（分子研）
13:25 - 13:40

開会式：岩田末廣校長

13:40 - 15:10

小林正人 先生（北海道大学）「Hartree-Fock(-Roothaan)法: 理論概要から詳細、数値結果まで」

15:20 - 16:50

中谷直輝 先生（首都大学東京）「電子相関と post-HF 法」

17:00 - 18:30

神谷宗明 先生（岐阜大学）「密度汎関数理論の基礎」

12 月 18 日（火）司会：小野純一（早稲田大）
9:00 - 10:30

福田良一 先生（京都大学）「電子励起状態の計算化学」

10:40 - 12:10

原渕祐 先生（北海道大学）「量子化学計算を用いた反応経路解析」

12:10 - 13:30

昼食
司会：大越昌樹（早稲田大）

13:30 - 15:00

岸亮平 先生（大阪大学）「量子化学に基づく分子物性の予測と解釈」

15:10 - 16:40

和佐田祐子 先生（名古屋工業大学）「Gaussian による SCF および構造最適化計算の実際」

16:50 - 17:50

受講者の研究発表（poster）受講者の研究発表（poster）ポスター発表

18:00 - 19:30

懇親会
別添 1-24

12 月 19 日（水）司会：石村和也（分子研）
9:00 - 10:30

清野淳司 先生（早稲田大学）「相対論的量子化学における理論・計算手法の基礎」

10:40 - 12:10

白井聡一 先生（豊田中央研究所）「企業の材料研究における量子化学の役割」

12:15 - 12:30

修了証授与、閉会式：岩田末廣 校長

別添 1-25

会議開催報告 K24
会議名称

第 7 回材料系ワークショップ〜第一原理計算と実験のデータ同化による材料開発手法〜（共催）

主催

一般財団法人 高度情報科学技術研究機構

日時2019 年 2 月 8 日(金) 10:00 ～ 17:30

場所

秋葉原 UDX ４階 NEXT-1

参加者

86 名 内企業 56 名

プログラム
司会：白鳥 和矢(三菱ケミカル株式会社, 産応協)
10:00-10:05

開会挨拶
塩原 紀行（高度情報科学技術研究機構）

10:05-10:35

材料系アプリケーションとその利用について
吉澤 香奈子（高度情報科学技術研究機構）

10:35-11:10

OpenMX に基づく電気化学界面系のシミュレーションおよび解析
大脇 創（株式会社日産アーク）

11:10-11:30「京」からポスト「京」へ
奥田 基（高度情報科学技術研究機構）

11:30-12:30＜ランチタイム＞

12:30-13:05

大規模並列量子化学計算プログラム SMASH の開発と応用計算
石村 和也（分子科学研究所）

13:05-13:40

自己学習モンテカルロ法：機械学習を用いたモンテカルロ法の高速化
永井 佑紀（日本原子力研究開発機構）

13:40-14:15

第一原理計算と実験のデータ同化による結晶構造予測
藤堂 眞治（東京大学）

14:15-14:35＜休憩＞

14:35-15:10

フェーズフィールド法に基づくデータ同化研究の最前線
長尾 大道（東京大学地震研究所）

15:10-15:45

材料データプラットフォームの構築：材料計測データの高効率収集と自動可読化
吉川 英樹（物質・材料研究機構）

15:45-15:55＜休憩＞「計算と実験のデータ同化で何かできるのか」

15:55-17:00

パネルディスカッション
モデレータ：古宇田 光（東京大学物性研究所）

別添 1-26

パネリスト：藤堂 眞治（東京大学） / 茂本 勇（東レ株式会社, 産応協）
/ 長尾 大道（東京大学地震研究所） / 吉川 英樹（物質・材料研究機構）
17:00-17:30

HPCI・アプリケーション利用相談、情報交換（希望者のみ）

会議開催報告 K25
会議名称

ポスト「京」重点課題５ 大規模並列量子化学計算プログラム SMASH 講習会−名古屋大学情報基盤センターCX400 を用いたハンズオン−

日時2019 年 2 月 13 日(水) 13:00 ～ 16:30

場所

名古屋大学高等総合研究館 308 号室

参加者

10 名 講師 1 名 合計 11 名

別添 1-27

会議開催報告 K26
会議名称

第 9 回 NTChem ワークショップ（共催）日時2019 年 3 月 15 日(金) 13:00 ～ 18:10

場所

理研計算科学研究センター

プログラム
13:00-13:05 開会挨拶 中嶋 隆人（理化学研究所） : Takahito Nakajima (RIKEN)
13:05-13:30 松岡 貴英（理化学研究所）: Takahide Matsuoka (RIKEN)『 NTChem を利用した研究報告 』
13:30-14:05 樋山 みやび（群馬大学）: Miyabi Hiyama (Gunma Univ.)『 紅色光合成細菌の反応中心における置換基効果の理論的研究 』
14:05-14:25 コーヒーブレイク
14:25-15:00 石田 豊和（産業技術総合研究所）: Toyokazu Ishida (AIST)『 計算科学によるタンパク質の糖鎖認識機構の解析 』
15:00-15:35 大戸 達彦（大阪大学）: Tatsuhiko Ohto (Osaka Univ.)『 単一分子接合の第一原理伝導計算 』
15:35-16:10 常田 貴夫（物質材料研究機構）: Takao Tsuneda (NIMS)『 反応軌道エネルギー論の展開 』
16:10-16:30 コーヒーブレイク
16:30-17:05 安池 智一（放送大学）: Tomokazu Yasuike (The Open Univ. of Japan)『 開放系電子状態理論による界面分子の光誘起非断熱ダイナミクス 』
17:05-17:40 北浦 和夫（理化学研究所）: Kazuo Kitaura (RIKEN)『 NTChem の入力データ作成支援 GUI プログラム NTDefineG の紹介 』
17:40-18:05 NTChem 利用に関しての意見交換会
18:05-18:10 閉会挨拶 中嶋 隆人（理化学研究所）: Takahito Nakajima (RIKEN)
18:10-20:00 NTChem 利用相談会 + 懇談会（同会場）

別添 1-28

会議開催報告 K27
会議名称「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
基盤アプリ設計開発ワーキング

日時2019 年 3 月 22 日(金) 13:00 ～ 14:30

場所

TV 会議（理研、神戸大学、名古屋大学、分子研）

参加者

中嶋、天能、岡崎、CSE 事務局

議事１．2019 年度高度化予算の配分案について
２．ポスト｢京｣性能評価結果の公開ガイドラインについて
３．その他

別添 1-29

（２）会議参加報告
会議参加報告 S01
会議名称

HPCI コンソーシアム平成 30 年度通常総会

日時2018 年 5 月 31 日(木) 16:00 ～ 18:00

場所

東京大学生産技術研究所 「中セミナー室 1」（An401・402）

参加者

加藤

議事

１． 平成 29 年度事業報告
２． 平成 29 年度会計報告および監査報告
３． 平成 30 年度事業計画
４． 平成 30 年度予算計画
５．「フラッグシップ計算機停止期間における HPCI の資源提供の在り方とポスト｢京｣への移行について」の提言について
６．HPCI システムの運用方針に関する提言について
７．平成 30 年度役員の選任
８．理事長候補、副理事長候補の選任
９．総会議長、副議長の選任
１０． 報告 会員の入退会について
１１． その他

会議参加報告 S02
会議名称

第 1 回システム・アプリケーション連携推進委員会

日時2018 年 6 月 20 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理化学研究所計算科学研究機構東京分室 会議室

参加者

中嶋

議事

１．詳細設計(3)報告書について
２．コデザイン文書・チューニングマニュアルについてポスト「京」性能評
価環境（性能推定ツール、理研シミュレータ）について
３．情報公開スケジュールや公開資料の開示等について
４．その他

別添 1-30

会議参加報告 S03
会議名称

第 4 回計算物質科学連絡会議

日時2018 年 8 月 2 日(木) 15:00 ～ 17:00

場所

ステーションコンファレンス東京 402-C

参加者

岡崎、天能

議事

計算物質科学の重点課題 5、重点課題 7、萌芽的課題、PCoMS、Mi2i 間の連携のための情報交換

会議参加報告 S04
会議名称

分子科学研究所一般公開 2018(出展)主催

自然科学研究機構 分子科学研究所

日時2018 年 10 月 20 日(土) 10:00 ～ 17:00

場所

分子科学研究所

別添 1-31

会議参加報告 S05
会議名称

第 5 回「京」を中核とする HPCI システム利用研究課題 成果報告会〜ポスト「京」への移行期を迎える HPCI〜

日時

2018 年 11 月 2 日(金) 10:00 ～ 18:00

場所

THE GRAND HALL (品川)

参加者

岡崎、加藤

プログラム
10:00 - 10:20

開会挨拶：関 昌弘 (一般財団法人高度情報科学技術研究機構 理事長)
開会挨拶：美濃 導彦 (国立研究開発法人理化学研究所 理事)
来賓挨拶：坂下 鈴鹿 (文部科学省 研究振興局 計算科学技術推進室 室
長)
来賓挨拶：加藤 千幸 (一般社団法人 HPCI コンソーシアム 理事長)

10:20 - 10:50

特別講演：松岡 聡 (理化学研究所 計算科学研究センター長)「｢ポスト京｣からさらに未来の HPC と AI の融合」[PDF]

10:50 - 12:20

パネルディスカッション :「京」からポスト「京」へ～期待と課題モデレーター :小林 広明(東北大学大学院 教授)
パネリスト :朴 泰祐(HPCI 連携サービス委員会 委員長、筑波大学大学
院教授)

加藤 千幸(HPCI コンソーシアム理事長、東京大学 教授)
伊藤 宏幸(産応協 前実行委員長、ﾀﾞｲｷﾝ工業(株) ﾘｻｰﾁｺｰﾃﾞｨﾈｰﾀｰ)
吉田 亮(統計数理研究所 教授)
奥田 基(高度情報科学技術研究機構 神戸センター 副センター長)
12:20 - 13:10< 昼食 >

13:10 - 15:10

Session1：ポスターセッション

Session2：優秀成果賞受賞課題による成果発表
座長：田中 成典 (神戸大学)
15:10 - 15:25

新薬開発を加速する「京」インシリコ創薬基盤の構築(hp170036)
荒木 望嗣 (京都大学 医学研究科)

15:25 - 15:40

HPCI を活用した FMO 創薬プラットフォームの構築 (hp170183)
福澤 薫 (星薬科大学 薬学部 薬品物理化学教室)

15:40 - 15:55

分子シミュレーションによるヌクレオソーム結合様式の網羅的探索(hp170066)
石田 恒 (量子科学技術研究開発機構)
別添 1-32

15:55 - 16:10

膜輸送タンパク質の大規模構造変化を伴う反応機構の解明手法の開発(hp170141)
岩橋 千草 (理化学研究所 計算科学研究センター)

16:10 - 16:30< 休憩 >

Session3：優秀成果賞受賞課題による成果発表
座長：大川 正典 (広島大学)
16:30 - 16:45

不安定核生成の予言へ向けた時間依存密度汎関数法の拡張とその応用(hp170007)
関澤 一之 (新潟大学 研究推進機構 超域学術院)

16:45 - 17:00

電子・イオンプラズマにおける 3 次元 Weibel-流体不安定性による磁場生成と粒子加速 (hp170125)
高本 亮 (東京大学 理学系研究科 地球惑星科学専攻)

17:00 - 17:15

ヘテロ界面電子系の電気応答特性の解明と電子デバイス設計(hp170074)
野田 真史 (筑波大学 計算科学研究センター)

17:15 - 17:30

ゲリラ豪雨予測を目指した「ビッグデータ同化」の研究 (hp170178)
三好 建正 (理化学研究所 計算科学研究センター)

17:30 - 17:55

表彰、講評：小柳 義夫 (成果報告会プログラム委員会 委員長)

17:55 - 18:00

閉会挨拶：高津 英幸 (一般財団法人高度情報科学技術研究機構 神戸センター長)

会議参加報告 S06
会議名称2018 年度 理研計算科学研究センター一般公開(出展)主催

理化学研究所 計算科学研究センター

日時2018 年 11 月 23 日(土) 10:00 ～ 16:30

場所

理化学研究所 計算科学研究センター

別添 1-33

会議参加報告 S07
会議名称

第 2 回システム・アプリケーション連携推進委員会

日時2018 年 12 月 25 日(火) 11:00 ～ 12:00

場所

理化学研究所計算科学研究センター東京分室 会議室

参加者

岡崎

議事

１．アプリケーション性能情報の開示対象拡大について
２．ポスト「京」性能評価環境（性能推定ツール、理研シミュレータ）について
３．コデザイン文書・チューニングマニュアルの状況について
４．ポスト「京」に関する公開情報について
５．その他

会議参加報告 S08
会議名称

ポスト「京」の成果創出に向けた意見交換会

日時2019 年 1 月 31 日(木) 14:00 ～ 16:00

場所

TKP 東京駅セントラルカンファレンスセンター・ホール 10A

参加者

加藤

プログラム

１. 趣旨説明 一般社団法人 HPCI コンソーシアム 理事長 加藤千幸
２. ポスト「京」の開発計画等について 文部科学省研究振興局計算科学技術推進室 室長 坂下鈴鹿
３. ポスト「京」の開発状況について

理化学研究所 R-CCS フラッグシッ

プ 2020 プロジェクト プロジェクトリーダー 石川 裕、 副プロジェク
トリーダー 佐藤三久
４. 「HPCI システムの今後の運営の在り方に関する調査検討ワーキンググ
ループ」における論点の紹介

一般社団法人 HPCI コンソーシアム 副理

事長 常行真司
５. ポスト「京」の成果創出に向けたパネルディスカッション
６. 閉会挨拶 一般社団法人 HPCI コンソーシアム 副理事長 常行真司

別添 1-34

会議参加報告 S09
会議名称

京×ポスト京 シンポジウム ～シミュレーション・AI・ビッグデータ～

日時2019 年 1 月 18 日(金) 13:00 ～ 16:45

場所

日本橋ライフサイエンスハブ (室町ちばぎん三井ビルオフィス棟 8 階)

参加者

加藤

プログラム

13:00-13:05 開会挨拶 関 昌弘(高度情報科学技術研究機構 理事長)
13:05-13:15 挨拶 文部科学省
13:15-13:45 講演：スーパーコンピュータの歴史から将来を見る
小柳 義夫(高度情報科学技術研究機構 サイエンスアドバイザ
ー/東京大学名誉教授)
13:45-14:15

講演：高速道路ネットワークの地震リダンダンシー評価の可能性
金治 英貞(阪神高速道路株式会社神戸建設部 部長)

14:15-14:45

講演：計算シミュレーションの高分子材料基盤技術開発に向けた期待
中瀬古 広三郎(住友ゴム工業株式会社 技監)

14:45-15:05 コーヒーブレイク (産業利用相談会)
15:05-15:35 講演：カジュアルなスーパーコンピューター
鬼頭 周(ソフトバンク株式会社 常務執行役員 事業開発統括
ソリューション戦略開発室長)
15:35-16:05 講演：人工知能とシミュレーション
辻井 潤一(産業技術総合研究所人工知能研究センター センタ
ー長)
16:05-16:35 講演：次世代高性能 ARM プロセッサによる HPC と AI の統合
松岡 聡(理化学研究所計算科学研究センター センター長)
16:35-16:45 閉会挨拶
松岡 聡(理化学研究所計算科学研究センター センター長)

別添 1-35

会議参加報告 S10
会議名称

第 6 回ポスト「京」性能評価環境説明会

日時2019 年 1 月 25 日(金) 13:30 ～ 16:00

場所

理化学研究所計算科学研究センター C104-2
東京分室会議室

参加者

安藤、石村

議事

１．ポスト「京」性能評価環境の概要
２．ポスト「京」システム・プロセッサの仕様と特徴
３．性能評価と性能チューニングの概要
４．ポスト「京」性能推定ツールについて
５．Arm クラスタについて
６．ポスト「京」プロセッサシミュレータについて
７．その他

会議参加報告 S11
会議名称

第 5 回計算物質科学連絡会議

日時2019 年 3 月 1 日(金) 14:00 ～ 16:00

場所

ステーションコンファレンス東京 402-A

参加者

岡崎、天能

議事

計算物質科学の重点課題 5、重点課題 7、萌芽的課題、PCoMS、Mi2i 間の連携のための情報交換

別添 1-36

（３）コデザイン検討会議報告
コデザイン検討会議報告 C01
会議名称

重点課題アプリ 5 精度確認検討会

日時2018 年 4 月 11 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

澤田、石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリのターゲット問題における精度確認について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C02
会議名称

第 42 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 4 月 25 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

３. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
４. その他

コデザイン検討会議報告 C03
会議名称

第 43 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 5 月 30 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

別添 1-37

コデザイン検討会議報告 C04
会議名称

第 44 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 6 月 27 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C05
会議名称

第 45 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 7 月 17 日(火) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C06
会議名称

重点課題アプリ 5 アプリ検討会議

日時2018 年 7 月 30 日(月) 13:00 ～ 15:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. NTChem/RI-MP2 プログラムにおいて、メモリ使用量削減による通信時間の増加を抑える方法の検討
２. その他

別添 1-38

コデザイン検討会議報告 C07
会議名称

第 46 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 8 月 29 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C08
会議名称

第 47 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 9 月 26 日(水) 15:00 ～ 17:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C09
会議名称

第 48 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 10 月 31 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

別添 1-39

コデザイン検討会議報告 C10
会議名称

第 49 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2018 年 11 月 21 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C11
会議名称

アプリケーション検討会

日時2018 年 11 月 30 日(金) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 各重点課題アプリ性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C12
会議名称

アプリケーション検討会

日時2018 年 12 月 14 日(金) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 各重点課題アプリ性能評価について
２. その他

別添 1-40

コデザイン検討会議報告 C13
会議名称

第 51 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2019 年 1 月 8 日(火) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C14
会議名称

アプリケーション検討会

日時2019 年 1 月 18 日(金) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター 東京分室会議室

参加者

石村

議事

１. 各重点課題アプリ性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C15
会議名称

アプリケーション検討会

日時2019 年 2 月 15 日(金) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター 東京分室会議室

参加者

石村

議事

１. 各重点課題アプリ性能評価について
２. その他

別添 1-41

コデザイン検討会議報告 C16
会議名称

第 52 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2019 年 2 月 27 日(水) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

上島、土持

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C17
会議名称

アプリケーション検討会

日時2019 年 3 月 15 日(金) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター 東京分室会議室

参加者

石村

議事

１. 各重点課題アプリ性能評価について
２. その他

コデザイン検討会議報告 C18
会議名称

第 53 回重点課題アプリ 5 ワーキンググループ

日時2019 年 3 月 19 日(火) 10:00 ～ 12:00

場所

理研 計算科学研究センター

参加者

土持、石村

議事

１. 重点課題 5 開発アプリの性能評価について
２. その他

別添 1-42

様式第２１（４）学会等発表実績
委託業務題目「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
機関名 大学共同利用機関法人 自然科学研究機構

分子科学研究所

１．学会等における口頭・ポスター発表（a）口頭発表
発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学

発表した

国

会等名）

時期

内
・
外
の
別

量子化学プログラム GELLAN の開発

Ladoczki

第 21 回理論化学討2018 年 5

国Bence、天能精

論会

月

内

一郎
Massively parallel implementation

上島基之、天ポスト「京」重点2018 年 8

国

of model space quantum Monte Carlo

能精一郎

課題 5「エネルギー月

内

methodの高効率な創出、
変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」第 1 回若手勉強会

イニシエーター近似の摂動補正に関す

土持崇嗣、天ポスト「京」重点2018 年 9

国

る研究

能精一郎

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 4 回公開
シンポジウム
量子化学プログラム GELLAN の開発

上島基之、天第１２回分子科学2018 年 9

国

能精一郎

討論会

月

内

別添 1-43

ポスト京に向けた、高精度強相関ソル

天能 精一郎

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

リ５WG におけるポスト「京」に向けた

課題 5「エネルギー

月

内

取り組み

の高効率な創出，

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー月

内バーの開発状況の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム基盤アプリ設計・開発と重点課題アプ

中嶋隆人

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムマテリアルズ・インテグレーションに

中嶋隆人

よるエネルギー材料の開発の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
大規模分子計算に向けた密度汎関数計

神谷宗明、中ポスト「京」重点2018 年 12

国

算法の開発

嶋隆人

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-44

計算科学による太陽光エネルギー変換

山下 晃一

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー月

内

化学技術推進協会

2018 年 7

国

先端科学・材料技

月内

スパコンプロフェ2018 年 6

国

ッショナル

月

内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー月

内

重点課題 5 第 1 回

2018 年 8

国

若手勉強会

月

内

Cancun, Mexico,

2018 年 10

国Reduction Reaction at Defective TiO2

Americas

月外surfaces

Internationalの機構解析と材料探索の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム(北海道大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レ
クチャーホール)
光エネルギー変換の理論・計算化学

山下 晃一

術部会・コンピュ
ータケミストリ分
科会次世代 CCWG
講演会（東京）光エネルギー変換の理論・計算化学

山下 晃一（金属材料研究所）
貴金属系および酸化物系電極界面の第杉野 修

一原理シミュレーションの高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムFirst-principles simulation of TiO2

山本良幸

electrocatalyst for polymer
electrolyte fuel cellFirst-Principles Study of Oxygen

山本良幸

Meeting on
Electrochemistry
and Solid State
Science
別添 1-45

第一原理計算・レプリカ交換モンテカ

笠松秀輔

東京大学物性研究2018 年 4

国

ルロ法結合フレームワークの開発とイ

所、物性研究所ス

月

内

オン結晶の不規則性への応用

パコン共同利用・

LecTore2018 年 8国

calculation with replica exchange

Atami-Momoyama,

月

内Monte Carlo sampling of ion disorder

重点課題 5in solids

若手勉強会(CSE

湯沢ニューオータ2018 年 9

国ニ、第１４回固体月

内同志社大学京田辺

2018 年 9

国

ルロ法結合フレームワークの開発と欠キャンパス、日本

月

内陥を有するイオン結晶への応用

物理学会２０１８
Kashiwanoha

2018 年 9国oxygen in ambient pressure and its

Conference

月内

magnetic-field induced phase

Center, 16th

transition

International

東北大学金属材料

2018 年 10

国

ルロ法結合フレームワークの開発と欠研究所、PCoMS シン

月

内陥を有するイオン結晶への応用

ポジウム&計算物

CCMS 合同研究会「計算物質科学の今と未来」
Direct coupling of first-principles

笠松秀輔

第1回

1st YoungResearcher
Workshop)
第一原理熱力学サンプリングによる酸笠松秀輔

化物中の欠陥間相互作用の解析

イオニクスセミナー
第一原理計算・レプリカ交換モンテカ

笠松秀輔

年秋期大会
vdW-DF+U Äi0description of solid

笠松秀輔

Conference on
Megagauss Field
Generation and
Related Topics
第一原理計算・レプリカ交換モンテカ

笠松秀輔

質科学スーパーコ
ンピュータ共用事
業報告会

別添 1-46

第一原理熱力学サンプリングによる酸笠松秀輔

化物中の欠陥間相互作用の解析

京都大学吉田キャ2018 年 12

国

ンパス、第 44 回固月

内体イオニクス討論会
First-Principles Study on the

館山佳尚，春2018 MRS Spring2018 年 4国

Microscopic Origin of Interfacial

山潤，袖山慶Meeting & Exhibit

月

外Resistance between Oxide Cathode and太郎

Sulfide Electrolyte in All Solid
State Battery
Combined experimental andRandy

2018 MRS Spring2018 年 4

国computational investigation on the

Jalem,Yasuyu

Meeting & Exhibit

月

外electrochemical reactivity of

ki Morishita,

garnet-type solid electrolyte in an

Takashiall-solid-state battery cell

Okajima, Yuki
Kondo, Hayami
Takeda,Masanobu
Nakayama

Computational Investigation on

Randy Jalem,

2018 MRS Spring2018 年 4

国

Oxide Electrolytes with Garnet

Ryosuke

Meeting & Exhibit

月外Structure andNatsume,Conduction-Pathway-Blocking

Masanobu

Dopants

Nakayama

NO + CO Reaction on Rh Surface: DFT

石川敦之，館

The 7th JCS

2018 年 5

国Investigation Combined with

山佳尚

(Japan-Czech-Slo

月外Microkinetic Analysisvak) Symposium

Reversible O redox in Layered

M. H. N.

ACEMD18,2018 年 7国Hexagonal Transition Metal Oxides

Assadi，大久Australian

月外for Na Ion Battery Cathodes with High保將史，山田ComputationallyPotential and High Capacity

淳夫，館山佳enhanced

尚Materials Design
18

第一原理計算•微視的反応論•反応工学

石川敦之，館

第 12 回分子科学討2018 年 9

国に基づくメタン酸化カップリング活性

山佳尚

論会

月

内

と選択性の理論予測

別添 1-47

第一原理計算と微視的反応速度論に基石川敦之，館

第 122 回触媒討論

2018 年 9

国づく理論計算によるメタン酸化カップ

山佳尚

会

月

内

DFT Study on CO2 Reduction on

館山佳尚，

69th Annual

2018 年 9

国Boron-doped diamond Electrode

Maofeng Dou,

Meeting of the月外飯塚将太，栄International

長泰明

Society of2018 年 11国月内2018 年 11国月内2018 年 11

国月

内

リングの活性と選択性の予測

Electrochemistry
Investigation of Interface Reaction

Bo Gao, Randy

between LiCoO2 and Sulfide

Jalem,

Electrolyte in an All-Solid-State

Yanming Ma,

Battery from First-Principle

館山佳尚

第 59 回電池討論会

Structure Prediction Method
層状構造を持つ Li(NixCoyMnz)O2 正極

Shukri Ganes,

材料の表面欠陥に関する第一原理計算

Jalem Randy,

解析

館山佳尚

Efficient search of novel ion

Randy Jalem,

conductive ceramics by combining

Kenta

first-principles calculations andKanamori,materials informatics

Ichiro

第 59 回電池討論会

第 59 回電池討論会

Takeuchi,
Yoshitaka
Tateyama,
Masanobu
Nakayama
Theoretical Study on Termination

飯塚将太，夏2018 Materials

2018 年 11

国

Dependent Redox Reactivity of Boron

井啓介，栄長Research Society

月外

Doped Diamond / Water Interface

泰明，館山佳

Fall Meeting尚Surface Orientation Dependence ofGanes Shukri,

2018 Materials

2018 年 11

国Oxygen Vacancy and Ni/Li Cation

Randy Jalem,

Research Society

月外Mixing Defects Formation in

館山佳尚

Fall Meeting

Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 CathodeMaterials

別添 1-48

電解液および界面過程のシミュレーシ

館山 佳尚

ョンに向けたコード開発と応用

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム重点課題５インフォマティクス活用

館山 佳尚

WG についての高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
材料シミュレーションとベイズ最適化

ハレム ラン

ポスト「京」重点2018 年 12

国を用いた全固体電池材料の探索

ディ、中山 将課題 5「エネルギー

月

内

伸

の高効率な創出，研究会「凝縮系の2019 年 3

国

理論化学 2019月

内

触媒・電池元素戦

2019 年 3

国略研究拠点第 14 回

月

内

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
電極分極効果とイオン液体界面カイネ

稲垣 泰一

ティクス
二次電池負極界面における不動態被膜

長岡 正隆

形成に関する計算化学的研究

公開シンポジウム（東京大学）
Toward Computational Molecular

Masataka

The Role of2019 年 1

国Technology for Complex Chemical

Nagaoka

Fluctuations and月

外Reaction Systems including

Dynamics in

Biological Macromolecules

BiomolecularFunction(Telluride, USA)

別添 1-49

二次電池電解液の新規開発へ向けた複長岡 正隆

合反応系の計算化学

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム(北海道大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レ
クチャーホール)
Microscopic Mechanism of FEC

Amine

6th Edition of the2018 年 11

国

Concentration Effect on SEI Film

Bouibes,International

月外Formation in Na-ion Batteries

Norio

Renewable andTakenaka,

Sustainable

Takuya Fujie,

Energy Conference

Kei Kubota,(Rabat, Morocco)

ShinichiKomaba, andMasataka
Nagaoka
Microscopic Additive Effect on SEl

Masataka

Physical2018 年 8

国Film Formation in Sodium Ion

Nagaoka

Chemistry

月外

ワークショップ2018 年 4

国「複合系の理論化

月内Batteries :A Computational Chemical

Seminar(Boston

Study based on Red Moon Methodology

University, USA)

複合化学反応系の理論化学・計算化学

長岡正隆

に向けて

学・計算化学：最近の研究状況と展望」(京都大学福井謙一記念研究センター）
高速多重極展開法の適用可能なシミュ

吉井 範行、安第 21 回理論化学討2018 年 5

国レーションセル形状の拡張

藤 嘉倫、岡崎

論会

月

内

進
ガラス状高分子 PMMA の衝撃破壊に関藤本和士，服第 21 回理論化学討2018 年 5

国する分子論的研究

部智成，篠田論会

月内渉，岡崎 進別添 1-50Extensions of the Fast Multipole

吉井 範行

Method(高速多重極展開法の拡張)

重点課題５第 1 回

2018 年 8

国

若手勉強会

月

内

Performance improvements of

Yoshimichi

重点課題５第 1 回

2018 年 8

国

software MODYLAS for the post-K

Ando

若手勉強会

月

内

Jiachao Zhang

重点課題５第 1 回

2018 年 8

国

若手勉強会

月

内

computerConsideration of accelerating
MODYLAS by utilizing
single-precision SIMD on Post-K
Fracture Simulation of a Glassy

Kazushi

重点課題５第 1 回

2018 年 8

国Polymer by all atomistic MolecularFujimoto

若手勉強会

月

内

脂質組成に非対称性をもつモデル脂質

安藤 嘉倫,

第 12 回分子科学討2018 年 9

国

二重層膜の分子動力学計算

早川 志保 岡論会

月内Dynamics Calculation

崎 進
異方性の高いシミュレーションセルに

吉井範行，安第 12 回分子科学討2018 年 9

国おける高速多重極展開法

藤嘉倫，岡崎論会

月

内進
非晶高分子の衝撃破壊に関する分子論

藤本和士，服第 12 回分子科学討2018 年 9

国的研究

部智成，篠田論会

月内渉，岡崎 進
非晶高分子の衝撃破壊に関する分子論

藤本和士、湯第 67 回高分子討論2018 年 9

国的研究 I: 脆性材料 - PMMA之也、パヤル

会

月

内

ラジディー
プ、篠田 渉、
岡崎 進
非晶高分子の衝撃破壊に関する分子論

藤本和士，湯第 67 回高分子討論2018 年 9

国的研究 Ⅱ: 延性材料 - PC

之也，篠田

会

月

内

渉，岡崎 進周期境界条件下における静電相互作用

吉井範行，安第 32 回分子シミュ2018 年 11

国の surface term

藤嘉倫，岡崎レーション討論会

月

内

第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

月

内

進
非晶高分子の衝撃破壊に関する分子論

湯之也、藤本的研究 II：分子論的解釈

和士、篠田渉、 レーション討論会
岡崎進
別添 1-51

ポスト｢京｣重点課題５全体概要

岡崎 進

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 2 回実験・
産業との連携シン
ポジウム
燃料電池の電極４相界面における物質

岡崎 進

輸送分子機構の解明に向けての高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムMolecular Study of Impact Fracture

Kazushi28th Annual

2018 年 12

国

of Amorphous Polymer Ⅰ: Brittle

Fujimoto,

Meeting of月

外Material - PMMA

Zhiye Tang,MRS-Japan 2018

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー月

内

第３回触媒インフ2018 年 4国ォマティクス研究月

内Rajdeep
Payal, Wataru
Shinoda andSusumuOkazaki
メタン、炭化水素ハイドレートの安定田中 秀樹

性と相変化の理論と計算の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
固体酸化物への金属ドープによる表面

中山哲

改質効果の系統的評価

会
メタン活性化の計算化学とインフォマ

大塚勇起, 中第３回触媒インフ2018 年 4

国

ティクス

山哲, 長谷川ォマティクス研究

月

内

淳也

会

別添 1-52

CeX (X=F,H)の擬縮退電子状態に対す

近藤有輔、小第 21 回理論化学討2018 年 5

国るスピン軌道相互作用を考慮した精密

林正人、赤間論会（岡崎）

月内

計算

知子、野呂武司、武次徹也

非一様電場下でのラマン分光計算手法

竹中将斗、岩

第 21 回理論化学討2018 年 5

国の開発

佐豪、武次徹論会（岡崎）

月

内也
静的反応経路網に基づく AIMD 古典軌

堤拓朗，原渕

第 21 回理論化学討2018 年 5国道解析

祐，小野ゆり論会（岡崎）

月内子，前田理，
武次徹也
シリカ担持白金触媒によるエチレンの

宮崎玲, 中谷

第 2 回統合物質2018 年 6

国完全酸化反応機構の解析: C=C 結合活直輝, 横谷卓(IRCCS)若手の会

月内

性化メカニズムに関する理論的研究

郎, 中島清第 30 回配位化合物

2018 年 7国月

内隆, 福岡淳,長谷川淳也
金チオラートクラスターの高位励起状

岩佐豪、蝦名態と発光

昌徳、原渕祐、 の光化学討論会
武次徹也

（札幌）

Role of the Acid-Base and Redox Sites

Akira

Pre-conference of2018 年 8

国

on Catalytic Reactions at the

Nakayama,

TOCAT8 and the 5th

月

外Liquid/CeO2 Interface:Toshiyuki

International

First-Principle Simulations

Sugiyama,

Symposium of

Masazumi

Institute for

Tamura,Catalysis

ESICB 若手研究会

2018 年 8

国

触媒・電池の実践

月内

Ken-ichiShimizu,Jun-yaHasegawa
近接場、クラスターの励起状態と触岩佐豪

媒：TURBOMOLE と VASP

的理論化学の最前線（千歳）別添 1-53

液体インジウムによるメタンの脱水素

大塚 勇起,中第 12 回分子科学討2018 年 9

国

多量化機構に関する理論的研究

山 哲,西川論会 2018（福岡）月

内竹中将斗、岩

第 12 回分子科学討2018 年 9

国

佐豪、武次徹論会 2018（福岡）月内祐太,荻原 仁志,山中 一郎,長谷川 淳也
プラズモン場を用いたラマン分光理論也
分割統治型 MP2 計算における誤差自動

藤森俊和，小第 12 回分子科学討2018 年 9

国制御スキームの開発

林正人，武次論会 2018（福岡）

月

内

徹也
多次元尺度構成法に基づく固有反応座

堤拓朗、小野化学反応経路探索2018 年 9

国標および反応経路ネットワークの可視

ゆり子、荒井のニューフロンテ月

内化

迅、武次徹也ィア 2018（福岡）二酸化炭素とメタノールからの炭酸ジ

杉山 利行,

第 122 回触媒討論

2018 年 9国

メチル合成に関する第一原理計算‐固中山 哲, 長

会（函館）

月

内

体酸化物触媒を用いた反応機構の理論

谷川 淳也

的解析‐
インジウム金属液体によるメタンの脱大塚勇起, 中第 122 回触媒討論

2018 年 9

国

水素多量化反応に関する理論的研究

山哲, 長谷川

会（函館）

月

内

日本コンピュータ

2018 年 11国月

内淳也, 西川祐太, 荻原仁志, 山中一郎
機械学習を利用した第一原理 MD トラ

小林正人、原ジェクトリの自動分類

渕祐、堤拓朗、 化学会 2018 秋季年
小野ゆり子、
瀧川一学、武次徹也

別添 1-54会（弘前）理論計算に基づく触媒反応機構解明と

武次 徹也

未知触媒探索へむけて

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム(北海道大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レ
クチャーホール)
光免疫療法における細胞障害メカニズ

原田芽生・小化学系学協会北海2019 年 1

国

ムに関する計算化学的研究

林正人・安藤道支部 2019 年冬季

月

内完太・高倉栄研究発表会（札幌）男・小川美香子・武次徹也二酸化炭素とメタノールからの炭酸ジ

杉山利行, 中化学系学協会北海2019 年 1

国

メチル合成に関する第一原理計算：固山哲, 長谷川道支部 2019 年冬季

月

内体酸化物触媒を用いた反応機構の理論

淳也

研究発表会（札幌）

金属ドープされた酸化セリウムを用い伊勢家正裕,

化学系学協会北海2019 年 1

国たメタンの C-H 結合活性化に関する理

中山哲, 長谷道支部 2019 年冬季

月

内

論的研究

川淳也

研究発表会（札幌）

分子結晶における励起状態と発光過程

岩佐豪

ソフトクリスタル

2019 年 1

国

領域会議

月

内

2019 年 3

国的解析の理論的解明表面モデル計算データベースの作成と小野田遼・黒日本化学会第 99 春

メタン水蒸気改質触媒活性の評価

田悠介・小林

季年会（甲南大学） 月

内国

正人・武次徹也
多次元データ縮約法に基づいた固有反堤拓朗・小野日本化学会第 99 春

応座標及び反応経路ネットワークの可ゆり子・荒井

季年会（甲南大学） 月

視化

迅・武次徹也

別添 1-55

2019 年 3内ヒドロキシメチルフルフラールの安定

田代啓介・小日本化学会第 99 春

2019 年 3

国性に関する理論的研究

林正人・中島季年会（甲南大学） 月

内国

清隆・武次徹也
ケイ素フタロシアニンの軸配位子開裂

原田芽生・小日本化学会第 99 春

2019 年 3

反応：癌光免疫療法薬剤の細胞障害機

林正人・安藤季年会（甲南大学） 月

内構に関する計算化学的検討

完太・高倉栄国男・小川美香子・武次徹也
Study of the substitution and

S. KINOSHITA,

日本化学会第 99 春

2019 年 3

solvation effect on the trans → cis

Y. INOKUCHI,

季年会（甲南大学） 月

内

photoisomerizaion of cinnamate

Y. EBATA, K.

derivatives

INOUE, K.

国

NAGAMORI, Y.
ONITSUKA, H.
KOHGUCHI, N.
AKAI, T.
SHIRAOGAWA,
M. EHARA, K.
YAMAZAKI, Y.
HARABUCHI, S.
MAEDA, T.
TAKETSUGU
Mechanochemical Selective

Danjo De

日本化学会第 99 春

2019 年 3

Activation in Competing Chitin

Chavez,

季年会（甲南大学） 月

内

Hydrolysis Reactions

Atsushi国

Fukuoka,Jun-yaHasegawa
Controlled intersystem crossing in

Liming Zhao,

日本化学会第 99 春

iron porphycene substituted

Akira

季年会（甲南大学） 月

myoglobin for cyclopropanation

Nakayama,

reaction: a theoretical study

Koji Oohora,
TakashiHayashi,Jun-yaHasegawa

別添 1-56

2019 年 3内金クラスター触媒上での酸素によるピ

宮崎玲, 金雄

日本化学会第 99 春

2019 年 3

国

ペリドンの C-H 結合活性化機構に関す

傑, 吉井大季年会（甲南大学） 月

内

る理論的研究地, 谷田部孝国

文, 山口和也, 水野哲孝, 長谷川淳也
金属ドープされた酸化セリウムを用い伊勢家正裕,

日本化学会第 99 春

2019 年 3たメタンの C-H 結合活性化に関する理

中山哲, 長谷季年会（甲南大学） 月

内

論的研究

川淳也

量子化学計算を用いた光免疫療法にお原田芽生・小日本薬学会第 1392019 年 3

国ける細胞障害メカニズムの検討

林正人・安藤年会（千葉）

月内

東京大学第 319 回

2018 年 4

国の開発とその応用～分割統治型密度汎化学システム工学

月

内

関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)法

専攻公開セミナー
第 5 回さきがけ研2018 年 4

国

究会

月

内

完太・高倉栄男・武次徹也・小川美香子
大規模化学反応シミュレーション手法

中井浩巳

を中心に～
理論/実験化学におけるインフォマテ

清野淳司

ィクスの活用例とその問題点

2 成分 picture change 補正相対論的密五十幡康弘、

第 21 回理論化学討2018 年 5

国

度汎関数理論の開発

大山拓郎、速論会

月

内

水雅生、清野淳司、中井浩巳
Na イオン二次電池用高濃度電解液に

大越昌樹、周第 21 回理論化学討2018 年 5

国おけるキャリアイオン拡散の理論的解

建斌、中井浩

論会

月

内

析

巳

Artificial Intelligence for Quantum

Hiromi Nakai

7th JCS symposium

2018 年 5

国

2018

月

外

Chemistry

別添 1-57

光受容タンパク質の機構解明に向けた

河本奈々、吉日本コンピュータ

2018 年 6

国

分割統治型時間依存密度汎関数強束縛

川武司、小野化学会 2018 春季年

月

内

法の開発

純一、中井浩会
基盤研究(S)「光受2018 年 9

国容タンパク質の量月

内基盤研究(S)「光受2018 年 9

国容タンパク質の量月

内基盤研究(S)「光受2018 年 9

国容タンパク質の量月

内基盤研究(S)「光受2018 年 9

国容タンパク質の量

月

内

PCoMS シンポジウ

2018 年 10

国学(DC-DFTB-MD)計算プログラムの開ム&計算物質科学月

内発・整備と応用

スパコン共用事業

巳
基盤研究(S)の概要

中井浩巳

子的分子動力学シ
ミュレーションによる遍在プロトンの機能解明」GPU を用いた分割統治型密度汎関数強吉川武司

束縛分子動力学プログラムの高速化

子的分子動力学シ
ミュレーションによる遍在プロトンの機能解明」
バクテリオロドプシンのプロトン移動

小野純一

ダイナミクス

子的分子動力学シ
ミュレーションによる遍在プロトンの機能解明」
大規模励起状態シミュレーション手法

河本奈々の開発と PYP への応用

子的分子動力学シ
ミュレーションによる遍在プロトンの機能解明」
分割統治型密度汎関数強束縛分子動力西村好史

報告会 2018
機械学習を用いた Orbital-free 密度

影山椋、清野第 41 回ケモインフ

2018 年 10

国

汎関数理論計算手法の開発

淳司、藤波美ォマティクス討論

月

内起登、五十幡会

康弘、中井浩巳

別添 1-58

DC-DFTB-MD プログラムの公開

中井浩巳、西日本コンピュータ

2018 年 11

国

村好史、吉川化学会 2018 秋季年

月

内

武司

会

Theoretical Analysis on Solution

Masaki5th International

2018 年 11

国Structure and Ion Conduction

Okoshi,

Conference on

月外Mechanism in Superconcentrated

Chien-Pin

Sodium Batteries

Electrolyte Solution for Na-ion

Chou, Hiromi

Battery

Nakai

プログラムの開発・公開とその先に

中井浩巳

2018 年 11国月内2018 年 11国月内2018 年 11

国月内Na イオン二次電池用高濃度電解液に

大越昌樹、周おける溶液構造とキャリアイオン拡散

建斌、中井浩

機構の理論的解析

巳

ナトリウム金属の高効率析出溶解反応

土肥恭輔、山を可能にするフッ素フリー電解液

田裕貴、大越量子会

第 59 回電池討論会

第 59 回電池討論会

昌樹、小野純一、周建斌、
中井浩巳、山田淳夫
バクテリオロドプシンの 1 段階目のプ

小野純一、今第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

ロトン移動過程に対する DC-DFTB-MD

井みの莉、西レーション討論会

月内

シミュレーション

村好史、中井浩巳

CO2 吸収シミュレーションのための超中井浩巳、西ポスト「京」重点2018 年 12

国

並列量子分子動力学法の開発

村好史、周建課題 5「エネルギー

月

内

斌

の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムRecent Advances ofAditya Wibawa

次世代 ESICB セミ2019 年 3

国

Divide-and-Conquer

Sakti

ナー2019-1

月

内Density-Functional Tight-Binding
Molecular Dynamics Simulations for
Catalysts and Batteries
Applications
別添 1-59イリジウム触媒によるベンズアニリド

栗田久樹、髙

日本化学会第 99 春

2019 年 3

国類の位置選択的かつエナンチオ選択的

島千波、五十季年会

月内

C-H 共役付加ならびに反応機構解析

幡康弘、高野日本化学会第 99 春

2019 年 3

国月

内秀明、Kyalo
Stephen
Kanyiva、中井
浩巳、柴田高範
ジアザジボレチジン-シクロブタジエ

庄子良晃、ン BN アナログの分子・電子構造と励起

Ryzhii Ivan、 季年会

状態特性

五十幡康弘、王祺、中井浩巳、生駒忠昭、
福島孝典

大規模単参照型静的相関手法の開発

土井俊輝、吉日本化学会第 99 春

2019 年 3

国

川武司、中井

季年会

月

内

浩巳
イリジウム触媒を用いたベンズアニリ

髙島千波、五日本化学会第 99 春

2019 年 3

国ド類の C-H 結合活性化反応における相十幡康弘、栗

季年会

月

内

対論効果の解析

田久樹、高野秀明、柴田高範、中井浩巳機械学習を用いた post-Hartree-Fock橳嶋拓朗、五日本化学会第 99 春

2019 年 3

国

電子相関モデルの開発

十幡康弘、清季年会

月

内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

リ５WG におけるポスト「京」に向けた

課題 5「エネルギー

月

内

取り組み

の高効率な創出，野淳司、吉川武司、影山椋、
中井浩巳
基盤アプリ設計・開発と重点課題アプ

石村 和也

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-60

Development of Massively Parallel

KazuyaInternational

2019 年 1

国Quantum Chemistry Calculation

IshimuraWorkshop on

月

内

Program SMASH

Massively
Parallel
Programming for
Quantum Chemistry
and Physics 2019

別添 1-61（b）ポスター発表
発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学

発表した

国

会等名）

時期

内
・
外
の
別

錯体系強相関ソルバーの超並列実装と上島 基之

半導体系触媒の理論開発

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムFull coupled cluster reduction for

Xu Enhuastrong electron correlationsの高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムAGP 状態を用いたより大きな基底関数

植村渉系による分子系の記述の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
分子集合系における光励起電子動力学

米原丈博の解明に向けた理論計算手法の開発の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-62

太陽電池設計に向けた非断熱分子動力

嶺澤範行

学シミュレーションの実装

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムPTB7/ITIC 非フラーレン型有機薄膜太

太田希，村岡第１２回分子科学2018 年 9

国

陽電池における電荷移動メカニズムの梓，山下晃一討論会（福岡国際

月

内

理論的研究

会議場）

Development of Organic Solar Cell

Eisuke

計算科学アライア

2018 年 9

国

Simulators for Material Design

Kawashima,

ンス国際シンポジ

月

内Koichiウム（RECS 2018）

Yamashita(東京大学本郷キ2018 年 11国月内ャンパス 小柴ホール)
Na イオン電池負極材料 Sn における

工藤慧、村岡充放電過程と NMR の理論的研究

梓、児玉涼介、 化学会秋期年会
Saeid

日本コンピュータ
（弘前大学）

Arabnejad、山下晃一
有機無機鉛ハライドペロブスカイト・

近藤 友美、村日本コンピュータ

2018 年 11

国クラスタの励起状態

岡 梓、山下晃

化学会秋期年会月

内一（弘前大学）

Mechanism of charge transfer inNozomi Ohta,

APS March Meeting2019 年 3

国polymer/fullerene-free type organic

Azusa

月

外

solar cell

Muraoka,
Koichi
Yamashita

Regression model for stabilization

Masanori

Advances in2019 年 3

国

energies associated with anion

Kaneko,Organic and月

外ordering in Perovskite materials

Mikiya Fujii,

Hybrid Electronic

TakashiMaterials

Hisatomi,(Dubrovnik,

Koichi

Croatia)

Yamashita,
KazunariDomen
別添 1-63

Organic Photovoltaics Simulators

EisukeAdvances in2019 年 3

国

for Material Design

Kawashima,

Organic and月

外KoichiHybrid Electronic

Yamashita

Materials

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

effects for hydrogen adsorption on

課題 5「エネルギー

月内

Pt(111)の高効率な創出，東京大学物性研究2018 年 4

国所、物性研スパコ月

内(Dubrovnik,
Croatia)
欠陥のある TiO2 における酸素還元反応

山本 良幸

中間体の吸着エネルギー間の関係の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム(北海道大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レ
クチャーホール)
Solvation and nuclear quantum

Yan Lei

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム(北海道大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レ
クチャーホール)
チタニア表面における欠陥誘起の酸素

山本良幸

還元反応

ン共同利用・CCMS
合同研究会

別添 1-64Ab initio Pourbaix diagram of

山本良幸

ISSP, UTokyo, The

2018 年 7国

defective oxide: A feasibility study

International

月

内of SCAN and ACFDT-RPA functional

Summer Workshop

同志社大学京田辺

2018 年 9

国キャンパス、日本

月内東北大学片平キャ2018 年 11

国

ンパス、PCoMS シン

月

内奈良先端科学技術2018 年 11

国大学院大学、第１

月

内

TIA かけはしポス

2018 年 12

国electrocatalyst for oxygen

ター交流会 2018「-月内

reduction reaction

計算と計測のデー

奈良先端科学技術2018 年 12

国大学院大学、第１月

内2018 onFirst-Principles
Electronic
Structure
Calculations
TiO2-酸性溶液界面における酸素還元

山本良幸

反応の第一原理計算

物理学会秋季大会
TiO2 電極触媒の電気化学的安定性の第

山本良幸

一原理計算

ポジウム&スパコン共用事業成果報
告会 2018First-principles study of hydrogen山本良幸

adsorption on Pt

２回物性科学領域
横断研究会
First-principles design of TiO2

山本良幸

タ同化による革新
的物質材料解析手法の調査-」First-principles study of hydrogen山本良幸

adsorption on Pt

２回物性科学領域
横断研究会

別添 1-65

DFT+U and molecular dynamics study

Lucie

The 7th JCS

2018 年 5

国

of H2O interaction with metal/ceria

Szabova，(Japan-Czech-Slo

月外materials

Matteovak) Symposium

Farnesi
Camellone，
Fabio
Negreiros
Ribeiro，館山
佳尚，
VladimirMatolin,
StefanoFabrisFirst-Principles Study on

館山佳尚，奥19th

2018 年 6

国Adsorption and Decomposition of野幸洋，後瀉

International

月

外Carbonate Electrolyte Molecules at敬介，袖山慶Meeting on

LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode Interface

太郎

Lithium Batteries
2018 年 6

国月

外(IMLB2018)
Grignard Reagent Based Electrolytes

Ashu

19th

in Magnesium-Ion Battery : A

Choudhary，袖 International

First-Principles Study

山慶太郎，館

Meeting on

山佳尚

Lithium Batteries(IMLB2018)

Surveying Ilmenite Type 4d

M. H. N.

19th

2018 年 6

国Transition Metal Oxides for Na Ion

Assadi，大久International

月

外Battery Cathodes with High Potential

保將史，山田Meeting on

and High Capacity

淳夫，館山佳Lithium Batteries

尚(IMLB2018)

Computational Investigation on the

Randy Jalem,

19th

2018 年 6

国Sodium Ion Transport Property of

RyosukeInternational

月外Oxyfluorinated Titanium(IV)Natsume,Meeting on

Phosphate Na3Ti2P2O10F for Sodium Ion

Masanobu

Lithium Batteries

Battery Application

Nakayama(IMLB2018)

別添 1-66

NO + CO Reaction on Rh Surface: First石川敦之，館

Pre-conference of2018 年 8

国Principle Density Functional Theory

山佳尚

TOCAT8 and the 5th

月

外Investigation Combined with

International

Microkinetic Analysis

Symposium of
Institute for
Catalysis (ICAT)

Structure Search and Property

Bo Gao, Randy

International

2018 年 9

国

Analysis of Interfaces between

Jalem,

Workshop on

月

外

LiCoO2 Cathode and Sulfide

Yanming Ma,

Computational

Electrolyte in Solid-State Battery

館山佳尚

Design and

via DFT-CALYPSO Method

Discovery ofNovel Materials

Towards Efficient Search of Novel

Randy Jalem,

International

2018 年 9

国Fast Ionic Conductors by Combining

Kenta

Workshop on

月

外

DFT Methods and Informatics

Kanamori,

Computational

Approaches

Yusuke Noda,

Design and

Tam Le,Discovery of

IchiroNovel Materials

Takeuchi,
Yoshitaka
Tateyama,
Masanobu
Nakayama
Development of a General

Randy Jalem,

The Thomas Young2018 年 9

国

Representation Scheme for

YoshitakaCentre and its

月外

Crystalline Solids by Combining Real

Tateyama

partners; the2018 年 9

国月

内Values from Voronoi Partitioning

University of

Features of Atomic Positions andKent, University

Atomic Property Dataof Oxford, Queen’s University
Belfast and the
University ofSouthampton

Combining DFT Methods andRandy Jalem

Informatics Approaches for
Efficient Search of Novel Fast Ion
Conductors

別添 1-67

NIMS Week 2018

Theoretical Study on Termination

飯塚将太，夏14th

2018 年 10

国

Dependent Redox Reactivity of Boron

井啓介，栄長International

月

外

Doped Diamond / Water Interface

泰明，館山佳Conference on

尚AtomicallyControlled
Surfaces,
Interfaces andNanostructures(ACSIN-14)

DFT Investigations of Surface

Ganes Shukri,

14th2018 年 10

国

Defects in Li(NixCoyMnz)O2 Layered

Randy Jalem,

International

月

外Materials: Promising Cathode for館山佳尚

Conference on

第 5 回「京」を中2018 年 11

国核とする HPCI シス

月内

Next Generation Battery

AtomicallyControlled
Surfaces,
Interfaces andNanostructures(ACSIN-14)

ポストリチウムイオン電池に向けた電館山佳尚

解質界面・被膜の物性解明と材料設計

テム利用研究課題
成果報告会
炭素ダイヤモンド電極界面の触媒・化

濱田幾太郎，

第 5 回「京」を中2018 年 11

国学反応に関する第一原理計算解析

館山佳尚核とする HPCI シス

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

Field for Lithium-ion Battery

課題 5「エネルギー

月

内Applicationsの高効率な創出，

テム利用研究課題
成果報告会
Development of Polarizable Force

Xichan Gao

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-68

Grignard Reagent and beyond : The

Ashu

ポスト「京」重点2018 年 12

国electrolytes for Mg ion batteries

Choudhary

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
非晶質炭素電極モデルを用いた電極電

藤江拓哉、竹日本化学会第 99 春

2018 年 3

国解液界面の分子動力学シミュレーショ

中規雄、稲垣

季年会

月

内

ン解析

泰一、長岡正隆

分子動力学法による非晶質炭素電極モ

藤江拓哉、竹研究会「凝縮系の2019 年 3

国

デルを用いた電極-電解液界面構造の

中規雄、稲垣理論化学 2019(石

月

内

解析

泰一、長岡正

垣市民会館)

隆
二次電池における SEI 膜形成シミュレ

藤江 拓哉、稲ポスト「京」重点2018 年 12

国ーションに関する研究開発

垣泰一

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム(北海道大学フロンティア化学教育研究センター ２Ｆ レ
クチャーホール)
分極可能な電極表面モデルが与えるイ

稲垣泰一、長

第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

オン液体分子の界面カイネティクスへ

岡正隆

レーション討論会

月

内

の影響

（産業技術総合研
究所 つくば中央
キャンパス内共用
講堂）

定電位分子動力学法を用いた Li イオ

松田圭太郎、

第 32 回分子シミュ2018 年 11

国ン電池における固体電解液相間(SEI)

稲垣泰一、長レーション討論会

月

内膜の構造安定性の解析

岡正隆（産業技術総合研
究所 つくば中央
キャンパス内共用
講堂）

別添 1-69

Application of QM/MM-Red Moon Method

Takuya Fujie,

Joint Conference

2018 年 11

国to Solid Electrolyte Interphase Film

Norioof EMLG/JMLG

月

内Formation in Lithium-ion Battery

Takenaka,

Meeting 2018 and

SystemYuichi

41st Symposium on

Suzuki, andSolution

Masataka

Chemistry of

NagaokaJapan

リチウムイオン電池における不働態被

稲垣泰一、松

PCoMS シンポジウ

2018 年 10

国膜の構造安定性の理論的解析

田圭太郎、長ム＆計算物質科学

月

内

岡正隆

スーパーコンピュータ共用事業報告会 2018（東北大学
片平キャンパス
金属材料研究所）

水系 Li イオン電池用ハイドレートメ

竹中規雄、稲第 12 回分子科学2018 年 9

国

ルト電解液の電極界面における微視的

垣泰一、長岡討論会 （福岡国際

月

内

構造

正隆

会議場）

イオン液体による金電極電位シフトの稲垣泰一、竹第 12 回分子科学2018 年 9

国

理論的解析

中規雄、長岡討論会 （福岡国際

月

内

正隆

会議場）

Microscopic Origin of the SEI

Kasumithe 19th2018 年 6

国Formation Difference Between in Cis-

Miyazaki,International

月

内

and in Trans-2,3-Butylene Carbonate

Norio

Meeting on

Based Electrolyte

Takenak,

Lithium Batteries

Takuya Fujie(KyotoEriko

International

Watanabe,

Conference

Atsuo Yamada,Center)Masataka
Nagaoka

別添 1-70

Macroscopic Mechanisms of SEI FilmNorio

the 19th2018 年 6

国Formation in Li-Ion Batteries with

Takenaka,International

月

内Highly Concentrated Electrolyte

Takuya Fujie,

Meeting on

Amine

Lithium Batteries

Bouibes, Yuki

(KyotoYamada, Atsuo

International

Yamada, andConference

Masataka

Center)Nagaoka
Microscopic Effect of FEC AdditiveAmine

the 19th2018 年 6

国

Concentration on SEI Film Formation

Bouibes,International

月

内

in Na-ion Batteries

Norio

Meeting on

Takenaka,

Lithium Batteries

Takuya Fujie,(KyotoKei Kubota,

International

ShinichiConference

Komaba, andCenter)Masataka
Nagaokatrans/cis ブチレンカーボネート電解

宮崎かすみ、

第 21 回理論化学討2018 年 5

国

液中で形成される SEI 膜の相違とその竹中規雄、藤

論会

月

内

微視的起源

江拓哉、渡部
絵里子、山田裕貴、山田淳夫、長岡正隆大規模分子動力学計算高速化のための安藤 嘉倫、坂第 21 回理論化学討2018 年 5

国

新規 MPI 通信方法の開発

下達哉、吉井論会

月

内範行、岡崎 進Solvent effect on lateral

A. Matsuoka,

Joint Conference

2018 年 11

国interaction

Y. Andoh andof EMLG/JMLG

月外S. Okazaki

Meeting 2018 andbetween twocholesterol molecules in lipid
bilayers

41st Symposium on
Solution
Chemistry ofJapan

別添 1-71

Molecular dynamics study of

Noriyuki

Joint Conference

2018 年 11

国collective dynamics of surfactant

Yoshii,of EMLG/JMLG

月

外molecular assemblies

SusumuMeeting 2018 andOkazaki

41st Symposium on
Solution
Chemistry ofJapan

Molecular Dynamics Study on Hydrogen

K. Takeuchi,

Joint Conference

2018 年 11

国

Dynamics through Polymer

A. T. Kuo, A.

of EMLG/JMLG

月外Electrolyte Membranes

Tanaka, S.

Meeting 2018 and

Urata, W.

41st Symposium on

Shinoda andSolution

S. Okazaki

Chemistry ofJapan

親水性ナノチャンネル内における水の伊藤有毅 ,

第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

液膜の負圧安定性メカニズムの解明

安藤嘉倫, 岡レーション討論会

月内崎進
脂質二重層膜中のコレステロール二分

松岡漢斗, 安第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

子間側方相互作用にリン脂質および水藤嘉倫, 岡崎レーション討論会

月

内が果たす役割の解明

進

大規模分子動力学計算高速化のための安藤嘉倫, 坂第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

新規 MPI 通信方法の開発

下達哉, 吉井レーション討論会

月内範行, 岡崎進
不均一系の物質輸送の理解に向けて、

弦巻周平，浦第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

位置に依存する自己拡散係数の再検討

野諒，藤本和レーション討論会

月内士，篠田渉，
岡崎進
分子動力学計算によるポリスチレンの伊藤直紀 ,

第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

衝撃破壊における分子論

藤本和士 ,

レーション討論会

月

内

第 32 回分子シミュ2018 年 11国月

内湯之也, 篠田
渉 , 岡崎進
高分子電解質膜の水素透過性の分子動

竹内琴乃、

力学法による研究

An-Tsung Kuo、 レーション討論会
浦田新吾、岡崎進、篠田渉

別添 1-72

非晶高分子の衝撃破壊に関する分子論

藤本和士、湯第 32 回分子シミュ2018 年 11

国的研究 I:延性と脆性

之也、Rajdeep レーション討論会

月

内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内Payal 篠田渉、
岡崎進
高速多重極展開法の分極可能モデルへ

吉井 範行

の適用

の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
大規模分子動力学計算高速化のための

安藤 嘉倫

新規 MPI 通信方法の開発の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムResearch on accelerating MODYLAS

張 家超

ポスト「京」重点2018 年 12

国

through maximum SIMD on Post-K via（ZHANG

課題 5「エネルギー

月

内

Mixed-Precision

JIACHAO）の高効率な創出，

ポスト「京」重点2018 年 12

国

再考 -不均一系における物質輸送の課題 5「エネルギー月

内

理解に向けて-の高効率な創出，

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
位置に依存する拡散係数、透過係数の弦巻 周平

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-73

Empirical Valence Bond の MODYALS へ

藤本 和士

の実装

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムA molecular dynamics study of theZhiye Tang,

28th Annual

2018 年 12国

molecular origin of the ductile

Kazushi

Meeting of

月外rupture of PC

Fujimoto,

MRS-Japan 2018

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内

WataruShinoda andSusumuOkazaki
包接水和物の速度論的阻害剤の最適サ

矢ケ崎 琢磨イズとゲスト依存性の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム銅クラスターと NO 解離反応触媒：反応

岩佐豪、佐藤新学術領域研究2018 年 5

国

経路自動探索法とスパースモデリング

貴暁、高敏、「精密制御反応月

内解析

Andrey場」公開ワークシ

Lyalin、小林ョップ「理論と実

正人、高木牧験の融合による高人、前田理、

難度物質変換の反武次徹也

応機構解明にむけて」(札幌)

Au クラスター触媒によるピペリドン

宮崎玲, 金雄

新学術領域研究2018 年 5

国の脱水素機構：クラスターの荷電状態

傑, 吉井大「精密制御反応月

内と反応活性の関連性について

地, 谷田部孝場」公開ワークシ

文, 山口和ョップ「理論と実也, 水野哲験の融合による高孝, 長谷川淳

難度物質変換の反也

応機構解明にむけて」(札幌)

別添 1-74

固体酸化物触媒を用いた二酸化炭素と

杉山利行, 中新学術領域研究2018 年 5

国

メタノールからのジメチルカーボネー

山哲, 長谷川「精密制御反応月

内ト合成に関する理論的研究

淳也

場」公開ワークショップ「理論と実験の融合による高難度物質変換の反応機構解明にむけて」(札幌)

Theoretical Study on

M. Ratanasak,

新学術領域研究2018 年 5

国Enantioselective of Palladium

T. Yamamoto,「精密制御反応月

内Catalyzed Asymmetric

M. Suginome,場」公開ワークシ

Hydrosilylation of Styrene with

J. Hasegawa

ョップ「理論と実Helical Poly(quinoxaline-2,3-diyl)

験の融合による高Chiral Phosphine Ligand

難度物質変換の反応機構解明にむけて」(札幌)

Theoretical Study on Rh-Catalyzed

L. Zhao, N.

新学術領域研究2018 年 5

国Hydrosilylation of C=C and C=O

Nakatani, Y.

「精密制御反応

月内Double Bonds

Sunada, H.

場」公開ワークシ

Nagashima, J.

ョップ「理論と実Hasegawa

験の融合による高難度物質変換の反応機構解明にむけて」(札幌)

近接場光と分子の相互作用：多重極ハ

岩佐豪、海老第 21 回理論化学討2018 年 5

国

ミルトニアンと最小結合ハミルトニア

澤修一、武次論会（岡崎）

月

内

ンの比較

徹也

分割統治 MP2 計算における相関バッ

藤森俊和，小第 21 回理論化学討2018 年 5

国

ファ領域の自動決定

林正人，武次論会（岡崎）

月

内徹也
固有反応座標に基づく CF2CFO+解離過織田耕平，堤

第 21 回理論化学討2018 年 5

国程の理論的研究拓朗，古屋謙論会（岡崎）

月内治，武次徹也
Pd クラスター触媒による C-X 結合解

岩渕雄太，高第 21 回理論化学討2018 年 5

国離反応の理論的研究

敏，武次徹也論会（岡崎）

月内

別添 1-75

4f 電子の凍結近似による希土類錯体

大場祐汰，小第 21 回理論化学討2018 年 5

国の簡便な基底・励起電子状態計算

林正人，武次論会（岡崎）

月内徹也
振動マッピング-AIMD 法による動的エ小西里緒，高第 21 回理論化学討2018 年 5

国

ネルギー分割の試み

敏，堤拓朗，論会（岡崎）

月内

小野ゆり子，
原渕祐，武次徹也
Au クラスター触媒によるピペリドン

宮崎玲, 金雄

第 21 回理論化学討2018 年 5

国の脱水素機構：クラスターの荷電状態

傑, 吉井大論会（岡崎）

月

内と反応活性の関連性について

地, 谷田部孝
文, 山口和也, 水野哲孝, 長谷川淳也

固体酸化物触媒を用いた二酸化炭素と

杉山利行, 中第 21 回理論化学討2018 年 5

国

メタノールからのジメチルカーボネー

山哲, 長谷川論会（岡崎）

月

内ト合成に関する第一原理計算

淳也

金属ドープされた酸化セリウムを用い伊勢家正裕,

第 21 回理論化学討2018 年 5

国

た低級アルカンの C-H 結合活性化に関中山哲, 長谷論会（岡崎）

月

内する理論的研究川淳也

Application of informatics

Masato7th JCS

2018 年 5

国

techniques to quantum chemical

Kobayashi,(Japan-Czech-Slo

月外calculations of catalyst and surface

Haruka Onoda,vak) SYMPOSIUM

adsorption systems

Takeshi(QuantumIwasa, Maki

chemistry, fromNakahara, Min

methodology toGao, Andrey

applications in

Lyalin,organic,

Makitoinorganic,

Takagi,biochemistry andSatoshimaterial

Maeda,

sciences)

Tetsuya(PRAGUE)

Taketsugu

別添 1-76

Enantioselective Hydrosilylation ofM.

Computational

2018 年 6

国

Styrene Catalyzed by Palladium

Ratanasak, ,Catalysis for

月

外Catalyst with Chiral Polymeric

T. Yamamoto,Sustainable

Ligands

M. Suginome,

Chemistry

J. Hasegawa
Automatic error control scheme forToshikazu

16TH

2018 年 6国

the divide-and-conquer electronic

Fujimori,

INTERNATIONAL

月外structure calculation

MasatoCONGRESS OF

Kobayashi,

QUANTUM CHEMISTRY

Tetsuya(16th-ICQC),

Taketsugu(Menton, France)

Theoretical Analysis of

Danjo De

16TH

2018 年 6

国

Mechanically Induced Selective

Chavez,INTERNATIONAL

月外Hydrolysis of Chitin

AtsushiCONGRESS OF

Fukuoka,

QUANTUM CHEMISTRY

Jun-ya(16th-ICQC),

Hasegawa(Menton, France)

Au クラスター触媒によるピペリドン

宮崎玲, 金雄

第 58 回オーロラセ

2018 年 7

国の脱水素機構: クラスターの荷電状態

傑, 吉井大ミナー

月

内と反応活性の関連性について

地, 谷田部孝
文, 山口和也, 水野哲孝, 長谷川淳也

A DFT mechanistic study on the

Ray Miyazaki,

9th CSE Summer

2018 年 7

国complete oxidation of ethylene by

Naoki

School 2018

月

内

silica supported Pt catalyst: C=C

Nakatani,(Sapporo)

activation via ethylene dioxide

Takurointermediate

Yokoya,Kiyotaka
Nakajima,
AtsushiFukuoka,Jun-yaHasegawa

別添 1-77

7 配位希土類錯体の構造・発光に関す

赤間知子、小第 30 回配位化合物

2018 年 7

国る理論的研究林正人、柳澤の光化学討論会

月内慧、北川裕一、 （札幌）
中西貴之、長谷川靖哉、武次徹也
CeX(X = F, H)のスピン軌道相互作用を

近藤有輔、小第 30 回配位化合物

2018 年 7

国考慮した擬縮退電子状態に関する理論

林正人、赤間の光化学討論会

月内的研究

知子、野呂武（札幌）司、武次徹也励起プロトン移動由来発光性亜鉛錯体

蝦名昌徳、岩

第 30 回配位化合物

2018 年 7

国の励起状態と発光機構

佐豪、武次徹の光化学討論会

月

内

也

（札幌）

希土類錯体の発光過程を標的とする簡大場祐汰，小第 30 回配位化合物

2018 年 7

国便な量子化学計算手法の構築

林正人，武次の光化学討論会

月

内

徹也

（札幌）

A DFT study of C-H bond activation ofMasahiro

Pre-conference of2018 年 8

国methane over transition metal-doped

Iseka, Akira

TOCAT8 and the 5th

月

内

CeO2 catalyst

Nakayama,

International

Jun-yaSymposium ofHasegawa

Institute for
Catalysis

Theoretical Study on Conversion of

Y. Ohtsuka,

Pre-conference of2018 年 8国Methane to Higher Hydrocarbons by

A. Nakayama,

TOCAT8 and the 5th

月内Liquid-Metal Indium

Y. Nishikawa,International

H. Ogihara,

Symposium of

I. Yamanaka,

Institute for

J. Hasegawa

Catalysis

Theoretical Insights in

Danjo De

Pre-conference of2018 年 8

国

Mechanochemical Selective Chitin

Chavez,TOCAT8 and the 5th

月

内Hydrolysis

AtsushiInternational

Fukuoka,

Symposium of

Jun-yaInstitute for

Hasegawa

Catalysis

別添 1-78

Reaction mechanism of the direct

Toshiyuki

Pre-conference of2018 年 8

国synthesis of dimethyl carbonate from

Sugiyama,

TOCAT8 and the 5th月内

CO2 and methanol over metal-oxide

Akira

International

catalysis: a theoretical study

Nakayama,

Symposium of

Jun-yaInstitute for

Hasegawa

Catalysis

Enantioselective Hydrosilylation of

M. Ratanasak,Pre-conference of2018 年 8

国

Styrene Catalyzed by Palladium

T. Yamamoto,

TOCAT8 and the 5th

月内

Catalyst with Chiral Polymer Ligands

M. Suginome,

International

J. Hasegawa

Symposium of
Institute for
Catalysis

Photocatalytic CO2 reduction

Maximilian J.

Pre-conference of2018 年 8

国mechanism of fac-[Re(bpy)(CO)3Cl]

Krämer,

TOCAT8 and the 5th

月内

Jun-yaInternational

Hasegawa

Symposium of
Institute for
Catalysis

Theoretical study for

Ray Miyazaki,

Pre-conference of2018 年 8

国

dehydrogenation mechanism of

Xiongjie Jin,

TOCAT8 and the 5th

月内

1-methyl-4-piperidone on Au cluster

DaichiInternational

catalysis: relationship between

Yoshii,

Symposium of

charge state and catalytic activity

Takafumi

Institute for

Yatabe,Catalysis

KazuyaYamaguchi,
Noritaka
Mizuno,Jun-yaHasegawa
金属ドープされた酸化セリウムを用い伊勢家正裕,

第 58 回分子科学若2018 年 8

国

た低級アルカンの C-H 結合活性化に関中山哲, 長谷手の会 夏の学校

月内する理論的研究川淳也

別添 1-79

Au クラスター触媒によるピペリドン

宮崎玲, 金雄

第 58 回分子科学若2018 年 8

国の脱水素機構: クラスターの荷電状態

傑, 吉井大手の会 夏の学校

月

内と反応活性の関連性について

地, 谷田部孝
文, 山口和也, 水野哲孝, 長谷川淳也

Rh クラスターの NO 還元に関する理論

近藤有輔、岩

第 12 回分子科学討2018 年 9

国的研究

佐豪、武次徹論会 2018（福岡）月

内也
励起プロトン移動由来発光性亜鉛錯体

蝦名昌徳、岩

第 12 回分子科学討2018 年 9

国の配位子の発光挙動に関する理論的研

佐豪、武次徹論会 2018（福岡）

月

内

究

也

スチルベン誘導体に関する励起状態分

堤拓朗，山本

第 12 回分子科学討2018 年 9国岐反応の理論的解明

梨奈，原渕祐， 論会 2018（福岡）月

内

前田理，武次徹也
Theoretical study on aryl

Ben Wang，Min

第 12 回分子科学討2018 年 9国

isocyanides adsorbed on the metal

Gao，Tetsuya

論会 2018（福岡）月内

surface

Taketsugu
小山拓也，赤第 12 回分子科学討2018 年 9

国間知子，武次論会 2018（福岡）月内AIMD および電子ダイナミクスを用い+
2

た解離性再結合反応 NH-+ e に関す

る理論的研究徹也

固有反応座標に基づく CF3+ + CO 反応

織田耕平，堤

第 12 回分子科学討2018 年 9

国の理論的研究拓朗，古屋謙論会 2018（福岡）月

内治，武次 徹也
Rh クラスターの NO 還元に関する理論

岩渕雄太，高第 12 回分子科学討2018 年 9

国的研究

敏，武次徹也論会 2018（福岡）月内

振動マッピング法による 1,2-ブタジ

小西里緒，高第 12 回分子科学討2018 年 9

国

エンの AIMD 古典軌道の解析

敏，堤拓朗，論会 2018（福岡）月内小野ゆり子，
原渕祐，武次徹也

別添 1-80

Theoretical Study of Ruthenium

Manussada

第 12 回分子科学討2018 年 9

国

Catalyzed Enantioselective

Ratanasak,論会 2018（福岡）月内Asymmetric Dehydrative Cyclization

Shinjiof w-Hydroxy Allyl Alcohol

Tanaka,MasatoKitamura,Jun-yaHasegawa

Controlled intersystem crossing in

Liming Zhao,

第 12 回分子科学討2018 年 9

国iron porphycene substituted

Akira

論会 2018（福岡）月内myoglobin for cyclopropanation

Nakayama,

reaction: a theoretical study

Koji Oohora,
Hiroyuki
Meichin,TakashiHayashi,Jun-yaHasegawah-BN/Au(111)に担持した金クラスター

高敏、中原真化学反応経路探索2018 年 9

国の水素発生反応に対する触媒活性に関希、Andreyのニューフロンテ

月内する理論的研究

Lyalin、武次ィア 2018（福岡）徹也
励起プロトン移動由来の発光を引き起蝦名昌徳、岩化学反応経路探索2018 年 9国こす配位子の励起状態に関する理論的

佐豪、武次徹のニューフロンテ

月

内

研究

也

ィア 2018（福岡）プラズモン触媒を用いた酸素解離反応

竹中将斗、岩化学反応経路探索2018 年 9

国の反応経路

佐豪、武次徹のニューフロンテ月

内也

ィア 2018（福岡）

分割統治電子相関計算に対する誤差の藤森俊和、小化学反応経路探索2018 年 9

国

自動制御化

林正人、武次のニューフロンテ月内徹也

ィア 2018（福岡）Theoretical Study on Arylisocyanide

Wang Ben, Min

化学反応経路探索2018 年 9

国

Molecules Adsorbed on the Pt(111)Gao, T.

のニューフロンテ

月

内Surface

Taketsugu

ィア 2018（福岡）

別添 1-81

AIMD・電子ダイナミクスによる解離性小山拓也、赤化学反応経路探索2018 年 9

国間知子、武次のニューフロンテ

月

内

究

徹也

ィア 2018（福岡）固有反応座標に基づく CF3+-CO 衝突反織田耕平、堤化学反応経路探索2018 年 9

国応の理論的研究拓朗、古屋謙のニューフロンテ

月内

治 2、武次徹也

ィア 2018（福岡）C-X 結合解離反応における Pd クラスタ

岩渕雄太、高化学反応経路探索2018 年 9

国ー触媒の活性支配因子の理論的研究

敏、武次徹也のニューフロンテ

月

内

+
2

再結合反応 NH-+e に関する理論的研ィア 2018（福岡）
1,2-ブタジエン励起緩和過程のダイナ

小西里緒、高化学反応経路探索2018 年 9

国

ミクスの振動マッピング解析

敏、堤拓朗、のニューフロンテ

月内

小野ゆり子、

ィア 2018（福岡）原渕祐、武次徹也
量子化学計算と実験条件のスパースモ

小林正人、小第 122 回触媒討論

2018 年 9

国デリングによる

野田遼、武次

会（函館）

月

内

触媒活性評価徹也

Theoretical Study on

M. Ratanasak,

第 122 回触媒討論

2018 年 9

国Enantioselective of Palladium

T. Yamamoto,

会（函館）

月

内

Catalyzed Asymmetric

M. Suginome,

Hydrosilylation of Styrene with

J. Hasegawa

Helical Poly(quinoxaline-2,3-diyl)
Chiral Phosphine Ligand
金属ドープされた酸化セリウムを用い伊勢家正裕,

第 122 回触媒討論

2018 年 9

国たメタンの C-H 結合活性化に関する理

中山哲, 長谷

会（函館）

月

内

論的研究

川淳也

金クラスター触媒によるピペリドンの宮崎玲, 金雄

第 122 回触媒討論

2018 年 9

国

脱水素機構に関する理論的研究: 荷電傑, 吉井大

会（函館）

月

内

状態と触媒活性の関連性について

地, 谷田部孝
文, 山口和也, 水野哲孝, 長谷川淳也

別添 1-82Electronic Structure Origin of

Danjo De

統合物質創製化学

2018 年 10

国

Mechanochemically Activated Chitin

Chavez,研究推進機構 第 4月

内Depolymerization

Atsushi

回国内シンポジウ

Fukuoka,ム

Jun-yaHasegawa
金クラスター触媒によるピペリドンの宮崎玲, 金雄

統合物質創製化学

2018 年 10

国

脱水素機構に関する理論的研究: 荷電傑, 吉井大研究推進機構 第 4月

内状態と触媒活性の関連性について

地, 谷田部孝回国内シンポジウ

文, 山口和ム也, 水野哲孝, 長谷川淳也
h-BN/Au(111)に担持金クラスターの安高敏, 中原真統合物質創製化学

2018 年 10

国

定性と水素発生反応に関する理論的研

希, Andrey

研究推進機構 第 4

月

内

究

Lyalin, 武次

回国内シンポジウ

徹也

ム

表面モデル計算データベースの作成と小野田遼、黒

日本コンピュータ

2018 年 11

国

その活用

田悠介、小林化学会 2018 秋季年

月

内正人、武次徹会（弘前）ポスト「京」重点2018 年 12

国

GRRM の連結による大規模系反応経路

課題 5「エネルギー月

内

探索に向けた試みの高効率な創出，

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー月

内也
超並列電子状態計算ソフトウェアと小野 ゆり子変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムAu25(SR)18-の高位励起状態

岩佐 豪の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-83古典的多次元尺度構成法に基づく反応

堤 拓朗

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

メチル合成に関する第一原理計算－固課題 5「エネルギー月

内体酸化物触媒を用いた反応機構の理論の高効率な創出，

的解析－

変換・貯蔵，利用

ポスト「京」重点2018 年 12

国

脱水素機構に関する理論的研究: 荷電

課題 5「エネルギー

月

内

状態と触媒活性の関連性についての高効率な創出，

ポスト「京」重点2018 年 12

国iron porphycene substituted

課題 5「エネルギー月

内

myoglobin for cyclopropanationの高効率な創出，

reaction: a theoretical study

変換・貯蔵，利用

ポスト「京」重点2018 年 12

国

た低級アルカンの C-H 結合活性化に関

課題 5「エネルギー

月

内する理論的研究の高効率な創出，

経路地図の可視化の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム二酸化炭素とメタノールからの炭酸ジ

杉山 利行の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム金クラスター触媒によるピペリドンの宮崎 玲

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムControlled intersystem crossing in

Liming Zhaoの新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム
金属ドープされた酸化セリウムを用い

伊勢家 正裕変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-84

Theoretical Study of Ruthenium

Manussada

ポスト「京」重点2018 年 12

国

Catalyzed Enantioselective

Ratanasak

課題 5「エネルギー

月内

ポスト「京」重点2018 年 12

国

課題 5「エネルギー

月

内Asymmetric Dehydrative Cyclizationの高効率な創出，of w-Hydroxy Allyl Alcohol

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム表面モデル計算データベースを活用し小野田 遼

たメタン水蒸気改質反応の活性予測の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム金属クラスターとアンモニアの相互作

毛利広野・岩化学系学協会北海2019 年 1

国用佐豪・武次徹道支部 2019 年冬季

月

内

也

研究発表会（札幌）

SiO2-MgO 系高温融体の DFTB-MD シミュ

宮越洸二・小化学系学協会北海2019 年 1

国レーションとその構造解析

林正人・小野道支部 2019 年冬季月

内寺陽平・小原

研究発表会（札幌）真司・武次徹也
o-ニトロフェノールの励起状態プロト

和田諒・堤拓化学系学協会北海2019 年 1

国ン移動に関する理論的研究

朗・新田優

道支部 2019 年冬季

月

内

輝・関川太

研究発表会（札幌）郎・武次徹也
配位子保護金クラスターの触媒機構

高原里奈・岩化学系学協会北海2019 年 1

国佐豪・武次徹道支部 2019 年冬季

月

内

也

研究発表会（札幌）

ヒドロキシメチルフルフラールの安定

田代啓介・小化学系学協会北海2019 年 1

国性に関する計算化学的研究

林正人・中島道支部 2019 年冬季

月

内清隆・武次徹研究発表会（札幌）也

別添 1-85

Controlled Intersystem Crossing in

Liming Zhao,

IRCCS The 2nd

2019 年 1

国Iron Porphycene Substituted

Akira

International

月

内

Myoglobin for Cyclopropanation

Nakayama,

Symposium

Reaction: a Theoretical Study

Koji Oohora,
Hiroyuki
Meichin,TakashiHayashi,Jun-yaHasegawa

Reaction Mechanism of the Direct

Toshiyuki

IRCCS The 2nd

2019 年 1

国Synthesis of Dimethyl Carbonate from

Sugiyama,

International

月

内

CO2 and Methanol over Metal-Oxide

Akira

Symposium

Catalysis: a Theoretical Study

Nakayama,
Jun-yaHasegawa

Theoretical Study on Geometry Effect

Gao Min,

IRCCS The 2nd

2019 年 1

国on the Catalytic Activity of Gold

AndreyInternational

月

内

Clusters

Lyalin,Symposium

Satoshi
Maeda,
Tetsuya
Taketsugu
Studies on metal nanocluster

MasatoPRESTO2019 年 2

国

catalyst with informatics andKobayashiInternational

月

内

automated reaction path search

Symposium on
Materials
Informatics（東京）金クラスター触媒上での酸素によるピ

宮崎玲, 金雄

第 123 回触媒討論

2019 年 3

国

ペリドンの C-H 結合活性化機構に関す

傑, 吉井大会(大阪市立大)

月

内る理論的研究地, 谷田部孝
文, 山口和也, 水野哲孝, 長谷川淳也

別添 1-86

単核 ReOxCeO2 触媒による脱酸素脱水反保坂龍, 中山

第 123 回触媒討論

2019 年 3

国応の理論的研究哲, 田村正会(大阪市立大)月内純, 中川善直, 冨重圭一, 長谷川淳也
分割統治型時間依存密度汎関数強束縛

河本奈々、吉第 21 回理論化学討2018 年 5

国法に基づく大規模励起状態ダイナミク

川武司、小野

論会

月

内

ス

純一、中井浩巳

Local Hybrid Functionals within theToni Maier、

第 21 回理論化学討2018 年 5

国Infinite-Order Douglas-Kroll-Hess

五十幡康弘、論会

月内Method中井浩巳

有限温度における時間依存密度汎関数

土井俊輝、吉第 21 回理論化学討2018 年 5

国法の開発

川武司、中井

論会

月

内

浩巳
円錐交差構造における電子状態に関す

稲森真由、五第 21 回理論化学討2018 年 5

国る理論的研究十幡康弘、王論会

月内祺、中井浩巳
重み付きヒストグラム解析法のメタダ

小野純一、西第 21 回理論化学討2018 年 5

国イナミクスへの拡張とシクロファンの村好史、黄毅論会

月

内

異性化反応への応用

聰、鹿又宣弘、
中井浩巳

機械学習による半局所運動エネルギー

清野淳司、影第 21 回理論化学討2018 年 5

国

密度汎関数の開発：計算精度の記述子

山椋、藤波美

論会

月

内

依存性

起登、五十幡康弘、中井浩巳

機械学習を用いた反応条件最適化シミ

藤波美起登、

第 21 回理論化学討2018 年 5

国ュレータの開発

清野淳司、中

論会

月

内

井浩巳
ポテンシャルエネルギー曲面の交差構

稲森真由、五日本コンピュータ

2018 年 6

国造に関する理論的研究

十幡康弘、王化学会 2018 春季年

月

内祺、中井浩巳会

別添 1-87メタダイナミクスに基づく重み付きヒ

小野純一、西日本コンピュータ

2018 年 6

国

ストグラム解析法の開発とシクロファ

村好史、黄毅化学会 2018 春季年

月

内ン異性化反応への応用

聰、鹿又宣弘、 会
中井浩巳

Development of picture-change

Yasuhiro

16th2018 年 6

国corrected relativistic density

Ikabata,International

月外functional theory

Takuro Oyama,

Congress of

Masao Hayami,

Quantum Chemistry

Junji Seino,(16-ICQC)

Hiromi Nakai
Divide-and-conquer-based

Takeshi

16th

2018 年 6

国

higher-order electron-correlation

Yoshikawa,International

月外methods

Hiromi Nakai

Congress of
Quantum Chemistry(16-ICQC)

群知能を用いたアミン-CO2 吸収反応に

長門澄香、清第 12 回分子科学討2018 年 9

国対する速度論解析

野淳司、中井

論会

月

内

浩巳
密度汎関数強束縛法に基づくペロブス

浦谷浩輝、周第 12 回分子科学討2018 年 9

国

カイト太陽電池におけるキャリア特性

建斌、中井浩

論会

月

内

の研究

巳

機械学習による電子密度最適化のため

影山椋、清野第 12 回分子科学討2018 年 9

国の運動ポテンシャル汎関数の開発

淳司、藤波美論会

月内

起登、五十幡康弘、中井浩巳
機械学習を用いた交換相関汎関数の開橳島拓朗、五第 12 回分子科学討2018 年 9国発

十幡康弘、清論会

月内野淳司、影山椋、藤波美起登、中井浩巳Large-scale quantum-mechanical

Junichi Ono,

第 56 回日本生物物

2018 年 9国

molecular dynamics simulations for

Minori Imai,

理学会年会

月

内

the primary proton transfer inYoshifumi

bacteriorhodopsin

Nishimura,
Hiromi Nakai

別添 1-88

Development of large-scale

Nana Komoto,第 56 回日本生物物

2018 年 9

国

excited-state calculation method

Takeshi

理学会年会

月

内

and applied research on photoactive

Yoshikawa,yellow protein

Junichi Ono,
Hiromi Nakai

反応予測に寄与する量子化学的記述子

藤波美起登、

第 41 回ケモインフ

2018 年 10

国の解析

清野淳司、中ォマティクス討論

月

内

井浩巳

会

有機反応における高い収率を与える溶

前川原大貴、

第 41 回ケモインフ

2018 年 10

国媒のデータ科学的探索

藤波美起登、ォマティクス討論月内

清野淳司、一会

色遼大、山口潤一郎、中井浩巳
インフォマティクスを用いた結合エネ

中村海里、清第 41 回ケモインフ

2018 年 10

国

ルギー密度解析手法の開発

野淳司、中井ォマティクス討論

月

内

浩巳

会

バクテリオロドプシンのプロトン輸送

小野純一、今第 5 回「京」を中2018 年 11

国

ダイナミクスに関する理論的研究

井みの莉、西核とする HPCI シス

月内村好史、中井

テム利用研究課題

浩巳

成果報告会

分割統治法に基づく有限温度単参照静土井俊輝、吉日本コンピュータ

2018 年 11

国的相関手法の開発

川武司、中井化学会 2018 秋季年

月

内

浩巳

会

バクテリオロドプシンの長距離プロト

岡田千果、小第 32 回分子シミュ2018 年 11

国ン移動過程に対する DC-DFTB-MD シミ

野純一、西村レーション討論会

月内ュレーション

好史、中井浩巳

Density-Functional Tight-Binding

Aditya Wibawa

第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

Metadynamics Study of Carbonaceous

Sakti,

レーション討論会

月内Species Diffusion on (100)-γ-Al2O3

Chien-Pin

SurfaceChou,
Yoshifumi
Nishimura,
Hiromi Nakai

別添 1-89

DC-DFTB-MD プログラムの開発と公開

西村好史、吉第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

川武司、中井レーション討論会

月内浩巳
Density-Functional Tight-Binding

周建斌、中井第 32 回分子シミュ2018 年 11

国Parameterization: Accumulated

浩巳

レーション討論会

月内

バクテリオロドプシンの 1 段階目のプ

小野純一、今第 32 回分子シミュ2018 年 11

国

ロトン移動過程に対する DC-DFTB-MD

井みの莉、西レーション討論会

月内

シミュレーション

村好史、中井

Wisdom and New Directions

浩巳
Post-Hartree-Fock 相関エネルギー密

五十幡康弘、

ポスト「京」重点2018 年 12

国

度の機械学習による相関エネルギー計

橳島拓朗、清

課題 5「エネルギー

月

内

算手法の開発野淳司、影山の高効率な創出，

椋、藤波美起変換・貯蔵，利用

登、中井浩巳の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム

大規模化学反応シミュレーションに向西村好史、中ポスト「京」重点2018 年 12

国

けた DC-DFTB プログラムの開発と整備

井浩巳

課題 5「エネルギー

月

内の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムRecent Development of

周建斌、中井

ポスト「京」重点2018 年 12

国

Density-Functional Tight-Binding

浩巳

課題 5「エネルギー

月

内Parameterizationの高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムインフォマティクスを利用した軌道非

清野淳司、影ポスト「京」重点2018 年 12

国

依存密度汎関数理論計算手法の開発

山椋、藤波美課題 5「エネルギー

月

内起登、五十幡の高効率な創出，

康弘、中井浩

変換・貯蔵，利用巳の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム別添 1-90

インフォマティクス手法を取り入れた

中村海里、清ポスト「京」重点2018 年 12

国

結合エネルギー密度解析の開発

野淳司、中井

課題 5「エネルギー

月

内

浩巳

の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム

円錐交差構造における電子状態的な支

稲森真由、五ポスト「京」重点2018 年 12

国配因子の探索十幡康弘、王課題 5「エネルギー月内祺、中井浩巳の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム分割統治型時間依存密度汎関数強束縛

河本奈々、吉

ポスト「京」重点2018 年 12

国法の二段階並列化

川武司、中井

課題 5「エネルギー

月

内

浩巳

の高効率な創出，
変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウム機械学習を用いた化学反応の予測と反藤波美起登、

ポスト「京」重点2018 年 12

国

応条件の最適化

前川原大貴、

課題 5「エネルギー月内清野順次、中の高効率な創出，井浩巳

変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第 5 回公開
シンポジウムポテンシャルエネルギー曲面の交差構

稲森真由、五第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国造における電子状態的な支配因子の探

十幡康弘、王

クール

月

内

索

祺、中井浩巳

大規模励起状態ダイナミクス法の開発

河本奈々、吉

第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国

とその応用

川武司、小野クール

月

内純一、中井浩巳
インフォマティクス手法を導入したエ中村海里、清第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国

ネルギー密度解析手法の開発

野淳司、中井

クール

月

内

浩巳
別添 1-91

カチオン性金属触媒を用いた C-H 活性

髙島千波、五第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国化反応に対する理論的研究

十幡康弘、中

クール

月

内

井浩巳
バクテリオロドプシンの長距離プロト

岡田千果、小第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国ン移動過程に対する大規模量子的分子

野純一、西村クール

月

内

動力学シミュレーション

好史、中井浩巳

Rh/CeO2 界面における NO-CO 反応の理

藤代天佑、大

第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国論的解析

越昌樹、中井

クール

月

内

浩巳
Rh 上の NO+CO 反応の理論的解析に向け

中村崇久、周第 8 回量子化学ス

2018 年 12

国

た密度汎関数強束縛法パラメータの精建斌、大越昌

クール

月

内

度検証

樹、中井浩巳Orbital-free density functional

Junji Seino,

さきがけ「マテリ

2019 年 2国theory with semi-local

Ryo Kageyama,

アルズインフォマ月内

machine-learned kinetic energy

Mikitoティクス」国際会

density functional

Fujinami,議

Yasuhiro
Ikabata,
Hiromi Nakai
有限温度密度汎関数強束縛法による中村崇久、周日本化学会第 99 春

2019 年 3

国Rh ナノクラスターの安定性・反応性の建斌、土井俊

季年会

月

内

解析

輝、吉川武司、
大越昌樹、中井浩巳

機械学習を用いた有機反応における最前川原大貴、

日本化学会第 99 春

2019 年 3

国

適溶媒選択手法の開発

藤波美起登、季年会

月内清野淳司、一色遼大、山口潤一郎、中井浩巳
Development of Massively Parallel

Kazuya7th2018 年 5

国Software for Quantum Chemistry

Ishimura

Japan-Czech-Slov月外Calculations

ak Synposium

別添 1-92

SMASH: Massively Parallel Software

Kazuya16th

2018 年 6

国

for Quantum Chemistry Calculations

IshimuraInternational

月

外第 21 回理論化学討2018 年 5

国

論会

月

内

Congress of
Quantum Chemistry
Python を用いた大規模並列量子化学

石村和也

計算プログラム SMASH の制御

別添 1-93

（c）招待講演発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学

発表した

国

会等名）

時期

内
・
外
の
別

Selected coupled-cluster approaches

天能精一郎

The 7th2018 年 5

国from stochastic and deterministic(Japan-Czech-Slo

月外algorithms

vakia) Symposium

Low-scaling and2018 年 6

国from stochastic and deterministic

Unconventional

月外algorithms

Electronic

The Molecular2018 年 8

国from stochastic and deterministic

Electronic

月外algorithms

Structure in Metz
Mainz-Kobe joint

2018 年 11

国

workshop on

月

外Quantum2018 年 12

国

coupled-cluster approaches for

Simulations: From月

外accurate treatment of strong

Chemistry toelectron correlations

Materials Science
早稲田大学先進理2018 年 5

国

工学部応用化学科

月

内

on Theoretical
Chemistry
Selected coupled-cluster approaches

天能精一郎

Structure
Techniques(LUEST2018)
Selected coupled-cluster approaches

天能精一郎(MESM)
Full coupled cluster reduction

天能精一郎

solving the fullconfigurationinteraction
problem
Stochastic and deterministic“京”で新機能材料を探索する

天能精一郎

中嶋隆人

主催セミナー, 西
早稲田

別添 1-94

Quantum Chemistry on the K Computer

T. Nakajima

ISC High2018 年 6

国

Performance 2018,

月

外技術情報協会 第2018 年 10

国一原理計算による月

内Frankfurt
京を利用した第一原理計算による材料

中嶋隆人

設計手法

材料設計，解析手法と活用事例，五反田
Charge Separation and Charge Carrier

KoichinanoGe-FallMeeti

2018 年 10

国Trapping of Lead Iodide Perovskites

Yamashita

ng 18,

月外& Lead-Free Perovskites Cs2Au2I6

Fundamental
Aspects of
Perovskite Solar
Cells andOptoelectronics(スペイン）

Charge Separation and Charge Carrier

Koichi

256th ACS2018 年 8

国Trapping of Lead Iodide Perovskites

Yamashita

National Meeting

月外Computational
Photocatalysis:
Modeling of
Photophysics &Photochemistry atInterfaces （米国）
Charge Separation and Charge Carrier

Koichi

CMCEE2018（シンガ2018 年 7

国Trapping of Lead Iodide Perovskites

Yamashita

ポール）

月

外

High precision required for

杉野修

東京両国 CSW2019

2019 年 1国月外2018 年 5国月

外electrochemical interface
simulations
Insights from Computational

Randy Jalem

Modeling and Experiments on the
Li-Ion Dynamics and Electrochemical
Stability of Garnet-Based Solid
Electrolytes

別添 1-95

233rd ECS MeetingInterfacial ionics and electronics

館山佳尚

Simulations (and2018 年 5

国theory) in

月外JST さきがけ第 2 回

2018 年 8

国公開シンポジウム

月

内12th Japan-France

2018 年 9

国Electrode / Electrolyte Interfaces

Joint Seminar on

月外in Li Ion Batteries

Batteries
12th Japan-France

2018 年 9

国Modeling and Experiment on the Ionic

Joint Seminar on

月外Diffusion and Electrochemical

Batteries

PCoMS シンポジウ

2018 年 10

国

ム＆計算物質科学月

内2018 年日本表面真2018 年 11

国空学会学術講演会

月内Computational

2019 年 1

国

microscopic interfacial processes

Sciences Workshop

月外in batteries and catalysts

2019
第 1 回 R-CCS 国際

2019 年 2

国

シンポジウム月外in battery and catalyst

Physicalchemistry: an
International
Kermesse in Paris
Combining First-Principles DFT

Randy Jalem

Calculations and Informatics to
Search for Novel Fast Ionic
Conductors (第一原理計算とインフォマティックスを利用した新規イオン伝
導体探索)
DFT Sampling Calculation Studies on

Insights from Computational

館山佳尚

Randy Jalem

Stability of Garnet-Type Oxide
Electrolytes for All-Solid-State
Lithium Ion Batteries
蓄電池の技術課題に対する第一原理計

館山佳尚

算研究

スーパーコンピュータ共用事業報告会 2018
電池界面イオニクスに関する第一原理

館山佳尚

統計サンプリング研究

DFT sampling approaches toFirst -principles sampling

館山佳尚

館山佳尚

simulation approaches to battery
science and thechnology

別添 1-96Theoretical Study on Redox Reactions

Shota Iizuka,

JST-ACCEL「ダイヤ2019 年 3

国at Boron-Doped Diamond / Water

Zdenek

モンド電極の物質

月

外Interfaces

Futera,

科学と応用展開」

Takeshi国際シンポジウム

第 43 回産応協セミ2019 年 2

国ナー(東京都)月

内

スーパーコンピュ2019 年 1

国ーターワークショ

月

内IRSEC’18 – 6th2018 年 12

国Film Formation in Sodium‐Ion

International

月

外Batteries: A Computational Chemical

Renewable andStudy based on Red Moon Methodology

Sustainable

26th2018 年 11

国

Computational Molecular Technology

International

月

外for Complex Chemical Reaction

Conference on

Systems - Its Theoretical Treatment

Current Trends inand Applications -Computational

日本コンピュータ

2018 年 11

国

ピュータ化学 － 二次電池電解液開発

化学会 2018 秋季年月

内と触媒重合研究への展開 －会

Watanabe,
KeisukeNatsui,
YasuakiEinaga,Yoshitaka
Tateyama
複雑な凝集系化学反応の分子シミュレ

長岡正隆

ーション技術の現状と将来展望

計算分子技術 Red Moon 法によるコンピ

長岡正隆

ュータ科学

ップ 2018(自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセ
ンター）
Microscopic Additive Effect on SEI

M. Nagaoka

Energy Conference（Rabat, Morocco）
Red Moon Methodology: A

M. Nagaoka

Chemistry(CCTCC)(Jackson, USA)
計算分子技術 Red Moon 法によるコン

長岡正隆（弘前大学 創立50 周年記念会館）
別添 1-97

Red Moon Methodology: A

M. Nagaoka

11th Congress on

2018 年 7

国computational molecular technology

Electronic

月

外of complex chemical reaction systems

Structure:- Its theoretical treatment andPrinciples andapplications -Applications

24th IUPAC

2018 年 7

国Technology of Complex ChemicalInternational

月

外Reaction Systems: Applications ofConference on

Red Moon

Physical Organic

Methodology

Chemistry (Faro,
Institute of2018 年 5

国

on Red Moon Methodology: Microscopic

Inorganic

月

外Additive Effect on SEI Film

Chemistry Seminar

Formation in Sodium-Ion Batteries(Bratislava,Slov
Japan-Czech-Slov2018 年 5

国Technology of Complex Chemical

akia Joint

月

外Reaction Systems: Red Moon

Symposium on

Methodology - Its Theoretical

TheoreticalTreatment and Applications -Chemistry(ESPA2018)(Toredo, Spain)
Toward Computational Molecular

M. Nagaoka

Portugal)
A Computational Chemical Study Based

M. Nagaoka

akia)
A Computational Molecular

M. Nagaoka(Prague,Czech
Republic)
All-Atomistic Molecular Dynamics

K. Fujimoto,First

2018 年 8国Calculation of Impact Fracture of

W. Shinoda,

International

月

外Glassy Polymers

and S.

Conference on 4D

OkazakiMaterials andPCoMS シンポジウ

2018 年 10

国

ミクロな立場から挑戦する ーポスト

ム＆計算物質科学

月

内

京重点課題⑤ースーパーコンピュ

Systems (4DMS) 第1 回 4D マテリア
ル・システムに関する国際会議エネルギー課題に電子、原子、分子の岡崎 進

ータ共用事業報告会 2018
別添 1-98

All-Atomistic Molecular Dynamics

Susumu28th Annual

2018 年 12

国Study of Impact Fracture of Glassy

Okazaki

Meeting of

月

外高分子学会東海支2019 年 1

国

部

月

内

The 8th SFG

2018 年 10

国

Symposium

月外ワークショップ2018 年 4

国「複合系の理論化

月内

新学術領域研究2018 年 5

国「精密制御反応月

内

7th JCS

2018 年 5

国(Japan-Czech-Slo

月外Polymers
非晶性樹脂衝撃破壊の全原子分子動力

MRS-Japan 2018岡崎 進

学シミュレーション

2018 東海シン

ポジウム 主題＝
高分子計算科学とその利用
An Interesting Twist in Liquid Water

固有反応座標と動力学効果

M. Matsumoto

武次徹也

学・計算化学：最近の研究状況と展望」(京都)
理論と実験のインタープレイから生ま

武次徹也

れた新しい触媒：BN/Au

場」ワークショップ 「理論と実験の融合による高難度
物質変換の反応機
構解明にむけて」(札幌)
Dynamic Reaction Routes beyond theT. Taketsugu

IRC networkvak) SYMPOSIUM(Quantumchemistry, frommethodology toapplications inorganic,
inorganic,
biochemistry andmaterialsciences),(PRAGUE)

別添 1-99大規模系の量子化学計算とデータ科学

小林正人

分子科学研究所講2018 年 5

国演会（岡崎）

月

内分子研研究会「光2018 年 6

国

用：未知の光学現象と光反応と分子科とナノ物質の相互

月

内

学の未来

作用：分子科学のPERCH-CIC

2018 年 7

国

on Catalytic Reactions at theCongress X: 2018

月

外Liquid/Metal-Oxide Interface:

International

First-Principle Simulations

Congress for2018 年 7国月

外Geometry of2018 年 7

国Chemical Reaction

月外を利用した量子化学計算結果の解析・触媒への応用双極子近似を超えた光と分子の相互作

岩佐豪

未来に向けて」(岡崎)Role of the Acid-Base and Redox Sites

A. Nakayama

Innovation in
Chemistry
Role of the Acid-Base and Redox Sites

A. Nakayama

Special seminaron Catalytic Reactions at the
Liquid/Metal-Oxide Interface:First-Principle Simulations
Reaction Path Concept in Quantum

T. Taketsugu

Chemistry and Dynamics Effects

Dynamics in Gas
and Condensed
Phases, TSRC
workshop(Telluride)
Methane to Ethane Conversion by

Y. Ohtsuka,

20182018 年 7

国Liquid Metal Indium: A DFT

Y. Nishikawa,International

月

外Mechanistic Study

H. Ogihara,

Symposium on

I. Yamanaka,

Advancement and

J. Hasegawa

Prospect ofCatalysis Science& Technology

別添 1-100

Theoretical suggestion and

T. Taketsugu

256th ACS2018 年 8

国experimental proof for

National Meeting月外functionalization of h-BN by gold as"Fundamental

electrocatalysts for ORR and HER

Understanding of

さきがけ「マテリ

2018 年 8

国索を活用した触媒・表面吸着系の計

アルズ・インフォ月

内

算・解析・予測マティクス」第 2

ESICB 若手研究会

2018 年 8

国

触媒・電池の実践

月内The 8th IUPAC

2018 年 9

国liquid/metal-oxide interface:

International

月外

first-principle molecular dynamics

Conference on

simulation

Green Chemistry2018 年 9国月外ソフトクリスタル2018 年 10

国

領域会

月

内

A Satellite

2018 年 10

国

Symposium to

月内

Catalysis at
Interface throughComputational
Approach"(Boston)インフォマティクスと反応経路自動探小林正人

回公開シンポジウム（東京）インフォマティクスと人工知能・機械

小林正人

学習チュートリアル的理論化学の最前線（千歳）Catalytic reactions at theRole of the Acid-Base and Redox Sites

A. Nakayama

A. Nakayama

Nanotalk

on Catalytic Reactions at the
Liquid/Metal-Oxide Interface:First-Principle Simulations
分子結晶における励起状態と発光過程

岩佐豪の理論的解明Computational Chemistry with

J. Hasegawa

Constraint Forcecelebrate Prof.
Kenichi Fukui’s
100th birthday

別添 1-101

Exploring the Enantioselective

M. Ratanasak,2019 National

2018 年 10

国

Mechanism of Pd Catalyst with

T. Yamamoto,Symposium for

月外Polyquinoxaline Ligand for

M. Suginome,

Molecular

Asymmetric Hydrosilylation of

J. Hasegawa

Chirality

T. Taketsugu

INTERNATIONAL

2018 年 10

国

CONGRESS ON PURE &月

外第 4 回アンモニア

2018 年 11

国

合成・利用研究会

月内Johnson Matthey

2018 年 11

国

catalysis: Case study of NO

Japan Academic

月内

dissociation with Cu13

Conference 2018
2nd International

2018 年 11

国Prediction for Catalyst and Surface

Workshop on Phase

月

外Adsorption Systems with Informatics

Interfaces

Techniques and Automated Reaction

Science forPath SearchHighly Efficient

第 1 回 ICReDD ミー

2018 年 12

国

ティング（札幌）

月

内

10th Aisan

2018 年 12

国

approach to photoisomerization of

Photochemistry

月外stilbene derivatives

Conference

ESICB 電子論検討2018 年 12

国

会（浜松）

月

内

StyreneAb initio MD analysis based on areaction path network

APPLIED CHEMISTRY
Langkawi (ICPAC
Langkawi) 2018,
Langkawi,
Malaysia
クラスターモデルにおけるアンモニア

岩佐豪と金属の相互作用

Quantum chemical studies for cluster

Calculation, Analysis, andT. Iwasa

M. Kobayashi

EnergyUtilization(Baltimore, USA)
第一原理反応ダイナミクスと触媒・光武次徹也

反応における実験との協働

On-the-fly molecular dynamics

T. Taketsugu(APC2018)(Taipei, Taiwan)
クラスター触媒の理論研究

岩佐豪

別添 1-102

反応経路ネットワークを超えた動的反

武次徹也

応描像構築にむけて

JACI 公益社団法2019 年 1

国人新化学技術推進月内

協会 先端化学・材料技術部会 コ
ンピュータケミス
トリ分科会 講演会（東京）
量子ビーム実験･宇宙実験･データ駆動

小原真司、小

第 5 回放射光連携2019 年 2

国型構造モデリングの協奏によるガラ

野寺陽平、田研究ワークショッ月

内

ス･超高温融体の構造物性研究（招待） 原周太、小山プ「先端計測とイ

千尋、田丸晴ンフォマティクス

香、増野敦信、 による可視化物質
岡田純平、水科学の発展」（東野章敏、織田京）

裕久、渡邊勇基、仲田結衣、
尾原幸治、小林正人、袖山慶太郎、志賀元紀、村上元彦、正木匡彦、
J.K.R. Weber、
石川毅彦、坂田修身
Theoretically inspired new

TetsuyaThe 20th GREEN

2019 年 2

国

catalyst: boron nitride with gold

Taketsugu

Symposium

月内2019 年 3

国(Tsukuba)
第一原理計算に基づく電子励起状態反武次徹也

応素過程とダイナミクスの解明（招待）開殻電子系が関与する反応の理論化

長谷川淳也

学：系間交差のポテンシャル面

日本化学会第 99 春

季年会（甲南大学） 月

内

日本化学会第 99 春

2019 年 3

国

季年会 中長期企

月

内

画講演「開殻性分子種：ファジーボ
ンドが拓く新たな化学」（甲南大学）

別添 1-103

Fast Quantum Chemical Simulations

Chien-Pin

The 2018

2018 年 5

国using the Density-Functional

Chou

Chemistry

月外2018 年 6

国

月

内

16th

2018 年 6

国Embedding-Fragmentation Scheme forInternational

月

外Practical Quantum Chemical

Congress ofSimulation?

Quantum Chemistry
分子研・理論・計2018 年 6

国

算分子科学領域セ月

内

第 7 回新化学技術2018 年 6

国

研究奨励賞

月

内

Telluride2018 年 7

国density-functional tight-binding

workshop on

月外molecular dynamics simulations for"Multi-scale

the primary proton transfer inquantumbacteriorhodopsin

mechanical

技術情報協会・講2018 年 8

国習会 触媒開発に

月内

Tight-Binding Method

Research
Symposium,
ChRS2018

大規模化学反応シミュレーション手法

中井浩巳

東工大講演会の実現に向けて～分割統治型密度汎関
数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)法の開発と応用～
What is the Best Choice of

Hiromi Nakai(16-ICQC)
理論・計算・実験化学とインフォマテ

清野淳司

ィクスの融合研究

ミナーシリーズ
光受容タンパク質の機能解明を目指し

吉川武司

た大規模励起状態ダイナミクス手法の開発とその応用
Divide-and-Conquer

Junichi Onoanalysis ofcondensed phasesystems: methods
and applications"
人工知能を用いた化学反応の予測と反清野淳司

応条件の最適化

おける人工知能、計算科学の活用新しい触媒の探索、設計の具体的手法-

別添 1-104

計算化学とインフォマティクスに関す

中井浩巳

顔料物性講座2018 年 11国月内2018 年日本表面真2018 年 11

国空学会学術講演会

月

内

る基礎講座

表面触媒反応に対する大規模シミュレ

中井浩巳

ーション

Development of Automatized

Chien-Pin

The 4th2019 年 1

国

Density-Functional Tight-Binding

Chou

China-Japan-Kore月

外スーパーコンピュ2019 年 1

国ータワークショッ月

内

日本化学会第 99 春

2019 年 3

国

季年会

月

内

GTC 2019

2019 年 3国月

外

第 7 回材料系ワー

2019 年 2

国

クショップ

月

内

Parameterizationa Workshop on
Theoretical &Computational
Chemistry(CJK-WTCC4)

大規模化学反応シミュレーションプロ

中井浩巳

グラム DCDFTBMD の開発と応用

プ 2018「理論・計算科学の挑戦：量子化学とシミュレーションからの展
望」
データ科学と理論・計算化学の融合

中井浩巳

Acceleration of divide-and-conquer

Takeshidensity tight-binding method on GPU

Yoshikawa,
Hiromi Nakai

大規模並列量子化学計算プログラム

石村 和也

SMASH の開発と応用計算

Development of Massively Parallel

Kazuya34th

2019 年 2

国Quantum Chemistry Calculation

Ishimura

Computational

月

内Program SMASH

and its Applications

Materials Design(CMD) Workshop

別添 1-105

２．学会誌・雑誌等における論文掲載
掲載した論文（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学発表した

国

会誌・雑誌等名）

時期

内
・
外
の
別

Orbital-invariant spin-extended

土持崇嗣、天J. Chem. Phys.,2018 年 7

国

approximate coupled-cluster for能精一郎

149 044109 (2018)月外Full coupled-cluster reduction for

許恩華、上島Phys. Rev. Lett.,

2018 年 9国

accurate description of strong

基之、天能精121 113001 (2018)月

外electron correlation

一郎

Monte Carlo explicitly correlated

C. M.

J. Chem. Phys.,2018 年 11

国

many-body Green’s function theory

Johnson, A.

149 174112 (2018)月外

multi-reference systems

E. Doran, 天
能精一郎、 S.
HirataExtending spin-symmetry projected

土持崇嗣、天J. Comput. Chem.,2018 年 12

国

coupled-cluster to large model

能精一郎

40 267-280 (2019)月

外

Massively parallel sparse matrix

W. Dawson, T.

Comput. Phys.

2018 年 4国function calculations with NTPoly

Nakajima

Commun. 225, 154–月外

spaces using an iterative null-space
projection technique

165 (2018).
10.1016/j.cpc.20
17.12.010
Theoretical study on

T. Shimazaki,

Phys. Chem. Chem.

2018 年 5

国

mesoscopic-size impurity effects in

M. Tashiro,

Phys. 20, 14846–

月

外

the charge separation process of

T. Nakajima

14854 (2018).

organic photocells

10.1039/c7cp0812
5aHigh-throughput screening of

K. Sawada, T.

APL Mater. 6,

2018 年 10

国perovskite oxynitride and oxide

Nakajima

101103 (2018).

月

外materials for visible-light

10.1063/1.504178

photocatalysis

4

別添 1-106

Antisymmetrized geminal powers with

W. Uemura, T.

Phys. Rev. A 99,

2019 年 1

国larger chemical basis sets

Nakajima

012519 (2019).

月

外

10.1103/PhysRevA.99.012519
Investigations on the charge

Azusa

Phys. Chem. Chem.

2018 年 4

国transfer mechanism at

Muraoka,Phys., 20, 12193

月

外donor/acceptor interfaces in the

Mikiya Fujii,(2018)

quest for descriptors of organic

Kenjisolar cell performance

Mishima,
HirokiMatsunaga,
HiroakiBenten, Hideo
Ohkita,Shinzaburo
Ito, Koichi
Yamashita

Two-dimensional optical excitations

Giacomo

J. Mater. Chem. C,

2018 年 9国

in mixed valence Cs2Au2I6 fully

Giorgi,6, 10197-10201

月

外inorganic double perovskite

Koichi(2018)

Yamashita andMaurizia
PalummoNature of the Electronic and Optical

Giacomo

J. Phys. Chem.

2018 年 9

国

Excitations of Ruddlesden-Popper

Giorgi,Lett., 9,月

外Hybrid Organic-Inorganic

Koichi5891-5896 (2018)

Perovskites: The Role of the

Yamashita andMany-Body Interactions

Maurizia
Palummo

別添 1-107

Molecular QTAIM Topology Is

James S. M.

Chemistry: A

2019 年 1

国

Sensitive to Relativistic

Anderson,

European Journal,

月

外Corrections

Juan I.

25, 2538-2544

Rodríguez,(2019)Paul W.
Ayers, Daniel
E.
Trujillo-Gon
zález;
Andreas W.
Goetz; Jochen
Autschbach,F. L.
Castillo-Alv
arado, Koichi
Yamashita
Significance of hydrogen bonding andPradeep

Scientific2019 年 1

国other noncovalent interactions in

Varadwaj,

Reports, 9(1):50

月外determining octahedral tilting in

Arpita(2019)

the CH3NH3PbI3 hybrid

Varadwaj,organic-inorganic halide perovskite

Helder M.

solar cell semiconductor

Marques, andKoichi
Yamashita

Regression model for stabilization

Masanori

Journal of Energy

2019 年 1

国

energies associated with anion

Kaneko,Chemistry, 36,

月

外ordering in perovskite-type

Mikiya Fujii,

7-14 (2019)

oxynitrides

TakashiHisatomi,
Koichi
Yamashita,
KazunariDomen

別添 1-108Effect of Nuclear Motion on Charge

Saeid

Frontiers in2019 年 1

国Transport in Fullerenes

Arabnejad,

Energy Research,

月外Amrita Pal,

7:3, 1-7 (2019)

Koichi
Yamashita,
SergeiManzhos
First-principles study on visible

Masanori

J. Photochemistry2019 年 2国light absorption of defected SrNbO3

Kaneko, Kenji& Photobiology A:

月外Mishima,Chemistry, 375,

Koichi175–180 (2019)

Yamashita
Simulation of Conductive Atomic

EisukeChem. Lett.

2019 年 3

国Force Microscopy of Organic

Kawashima,(doi:10.1246/cl.

月内

Photovoltaics by Dynamic Monte Carlo

Mikiya Fujii,

190041) (2019)

MethodKoichi
Yamashita

Hydrogen adsorption on Pt(111)

Lei Yan, Yang

Journal of2018 年 10

国

revisited from random phase

Sun,

Chemical Physics

月外approximation

Yoshiyuki

149, 164702

Yamamoto,(2018)

ShusukeKasamatsu,
IkutaroHamada, andOsamu Sugino
Direct coupling of first-principles

Shusuke

Journal of2019 年 2国

calculations with replica exchange

Kasamatsu andPhysics:

月

外Monte Carlo sampling of ion disorder

Osamu Sugino

Condensed matterin solids

31, 085901(2019).

First-Principles Microkinetic

AtsushiJ. Phys. Chem. C

2018 年 7

国

Analysis of NO + CO Reactions on

Ishikawa,

122, 17378-17388

月

外Rh(111) Surface toward

Yoshitaka

Understanding NOx Reduction

Tateyama

Pathways

別添 1-109

Structures, Electronic States, andYukihiro

J. Phys. Chem. C

2019 年 1

国Reactions at Interfaces between

Okuno,

123, 2267-2277

月

外

LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode and Ethylene

KeisukeCarbonate Electrolyte: A

Ushirogata,First-Principles Study

KeitaroJ. Comput. Chem.

2019 年 2

国

Jpn. 18, 18-28

月

内

Sodeyama,
Ganes Shukri,
Yoshitaka
Tateyama
リチウムイオン電池 Solid

館山佳尚

Electrolyte Interphase (SEI) に関する第一原理計算研究
In Situ Spectroscopic Study on the

Seiji

Anal. Chem. 91,

2019 年 3

国

Surface Hydroxylation of Diamond

Kasahara,

4980-4986

月外Electrodes

Taiga Ogose,
Norihito
Ikemiya,Takashi
Yamamoto,
KeisukeNatsui,Yasuyuki
Yokota,Raymond A.
Wong, Shota
Iizuka,Nagahiro
Hoshi,
Yoshitaka
Tateyama,
Yousoo Kim,
MasashiNakamura,
YasuakiEinaga

別添 1-110Microscopic Elucidation of

Norio

The Chemical

2019 年 3

国

Solid-Electrolyte Interphase (SEI)

Takenaka,

Record, 19,月外Film Formation via Atomistic

Masataka799-810 (2019)

Reaction Simulations: Importance ofNagaoka

Functional Groups of Electrolyte andIntact Additive Molecules
The crucial role of electron

T. Inagaki,

Physical2018 年 10

国transfer from interfacial molecules

N. Takenaka,

Chemistry

月外in the negative potential shift of Au

and M.

Chemical Physics,

electrode immersed in ionic liquids

Nagaoka

20, 29362 (2018)

Atomistic chemical computation of

K. Matsumoto,

Journal of2018 年 10

国

Olefin polymerization reaction

M.

Computational

月外catalyzed by

Takayanagi,

Chemistry, 40,(pyridylamido)hafnium(IV) complex:

Y. Suzuki, N.

421 (2019)

Application of Red Moon simulation

Koga, and M.
NagaokaConcentration Effect of

A. Bouibes,

ACS Applied

2018 年 8

国Fluoroethylene Carbonate on the

N. Takenaka,

Materials &月

外Formation of Solid Electrolyte

T. Fujie, K.

Interfaces, 10,Interphase Layer in Sodium-Ion

Kubota, S.

28525 (2018)

Batteries

Komaba, and
M. Nagaoka

Red Moon methodology compatible with

T. Fujie, N.

The Journal of2018 年 7

国quantum mechanics/molecular

Takenaka, Y.

Chemical Physics,

月外mechanics framework: Application to

Suzuki, and149, 044113

solid electrolyte interphase film

M. Nagaoka(2018)

Cost-Effective Method for

C. Bistafa,

Journal of2018 年 5

国Free-Energy Minimization in Complex

Y. Kitamura,

Chemical Theory

月

外

Systems with Elaborated Ab Initio

M. T. C.

and Computation,

Potentials

Martins-Cost

14, 3262, (2018)

formation in lithium-ion battery
systema, M.
Nagaoka, andM. F.
Ruiz-López

別添 1-111

Exploring the effect of pendent side

A.-T. Kuo, K.

Polymer, 146,2018 年 5国chain length on the structural and

Takeuchi, A.

53-62

月

外

mechanical properties of hydrated

Tanaka, S.

perfluorosulfonic acid polymer

Urata, S.

membranes by molecular dynamics

Okazaki, W.

simulation

ShinodaDifference in molecular mechanisms

Y. Andoh, S.

J. Mol. Liquids,

2018 年 9

国governing changes in membrane

Kitou, S.

271, 933–941

月

外properties of phospholipid bilayers

Okazakiinduced by addition of nonionic andzwitterionic surfactants
Molecular mechanism of material

R. S. Payal,

Polymer, 170,2019 年 3国

deformation and failure in butadiene

K. Fujimoto,113–119月外

rubber: Insight from all-atom

C. Jang, W.

molecular dynamics simulation using

Shinoda, Y.

a bond breaking potential model

Takei, H.
Shima, K.
Tsunoda, S.
OkazakiDevelopment of dissociative force

K. Fujimoto,J. Comp. Chem.

国

field for all-atomistic molecular

R. S. Payal,

accepted.

外

dynamics calculation of fracture of

T. Hattori,

polymers

W. Shinoda,
M. Nakagaki,
S. Sakaki, S.
OkazakiPhase Diagrams of TIP4P/2005, SPC/E,

T. Yagasaki,

J. Phys. Chem. B

2018 年 7

国

and TIP5P Water at High Pressure

M. Matsumoto,

122, 7718-7725

月

外H. Tanaka(2018).

On the Phase Behaviors of

H. Tanaka, T.

J. Chem. Phys.

2018 年 8

国Hydrocarbon and Noble Gas Clathrate

Yagasaki, M.

149, 074502, 1-15

月

外

Hydrates: Dissociation Pressures,

Matsumoto(2018).

Phase Diagram, Occupancies, andEquilibrium with Aqueous Solution

別添 1-112

Phase diagram of ice polymorphs

T. Matsui, T.

J. Chem. Phys.

2019 年 1

国

under negative pressure considering

Yagasaki, M.

150, 041102, 1-6

月外

the limits of mechanical stability

Matsumoto, H.

(2019).

TanakaMolecular Dynamics Study of Kinetic

T. Yagasaki,

J. Phys. Chem. C

2019 年 1

国Hydrate Inhibitors: The Optimal

M. Matsumoto,123, 1806-1816

月

外Inhibitor Size and Effect of Guest

H. Tanaka(2019).

Lithiation Products of a Silicon

A. Lyalin, V.

J. Phys. Chem. C,

2018 年 5

国Anode Based on Soft X-ray Emission

G. Kuznetsov,

122, 11096-11108

月

外Spectroscopy: A Theoretical Study

A. Nakayama,(2018).

Species

I. V.
Abarenkov, I.
I. Tupitsyn,
I. E. Gabis,
K. Uosaki,
and T.
Taketsugu
A First-Order Interacting SpaceK. Yanai, K.

J. Chem. Theory2018 年 6国Approach to Excited-State Molecular

Ishimura, A.

Comput., 14, 3643

月

外Interaction: Solvatochromic Shift

Nakayama, and(2018).

of p-Coumaric Acid and Retinal

J. Hasegawa

Schiff Base
Defect-induced efficient dry

Y. Cao, P.

App. Catal. B:

2018 年 7

国

reforming of methane over

Maitarad, M.

Environ., 238,

月外

two-dimensional Ni/h-boron nitride

Gao, T.

51-60 (2018).

nanosheet catalysts

Taketsugu, H.
Li, T. Yan, L.
Shi, and D.
Zhang

Visualization of the Intrinsic

T. Tsutsumi,

J. Chem. Theory2018 年 7

国Reaction Coordinate and Global

Y. Ono, Z.

Comput., 14,

月

外Reaction Route Map by ClassicalArai, and T.

4263-4270 (2018).

Multidimensional Scaling

Taketsugu

別添 1-113

Microscopic Electrode Processes in

K. Sakaushi,

ACS Catalysis, 8,2018 年 7

国the Four-Electron Oxygen Reduction

M. Eckardt,

8162-8176 (2018).

月

外

on Highly Active Carbon-Based

A. Lyalin, T.

Electrocatalysts

Taketsugu, R.
J. Behm, andK. UosakiOn-the-fly molecular dynamics study

T. Tsutsumi,

Chem. Phys., 515,

2018 年 8

国of the excited-state branching

Y. Harabuchi,

564-571 (2018).

月外reaction of α-methyl-cis-stilbene

R. Yamamoto,
S. Maeda, andT. Taketsugu

Theoretical investigations on

T. Tsuneda

Phys. Chem. Chem.

2018 年 9国hydrogen peroxide decomposition in

and T.

Phys., 20,

月

外

aquo

Taketsugu

24992-24999(2018).

Constraint Structure Optimization

I. Harada, A.

J. Comput. Chem.,2018 年 10

国

to a Specific Minimum Using

Nakayama, J.

40, 507-514

月

外Ionization Energy

Hasegawa(2019)

Ab initio surface hopping

M. Kamiya and

J. Comput. Chem.,2018 年 11

国

excited-state molecular dynamics

T. Taketsugu

40, 456-463

月外approach on the basis of spin-orbit(2019).

coupled states: An application to
the A-band photodissociation of CH3I
CO2 Adsorption on Ti3O6ˉ: A Novel

S. Debnath,

J. Phys. Chem. C,

2018 年 12

国

Carbonate Binding Motif

X. Song, M.

123, 8439–8446

月

外Fagiani, M.

(2019).

Weichman, M.
Gao, S.
Maeda, T.
Taketsugu, W.
Schöllkopf,
A. Lyalin, D.
Neumark, andK. Asmis

別添 1-114

Combined Automated Reaction Pathway

T. Iwasa, T.

J. Phys. Chem. A,

2019 年 1

国

Searches and Sparse Modeling

Sato, M.

123, 210-217

月

外Analysis for Catalytic Properties of

Takagi, M.

(2019).

Lowest Energy Twins of Cu13

Gao, A.
Lyalin, M.
Kobayashi, K.
Shimizu, S.
Maeda, and T.
Taketsugu

Soft X-ray Li-K and Si-L2,3 Emission

A. Lyalin, V.

J. Electrochem.

2019 年 1

国from Crystalline and Amorphous

G. Kuznetsov,

Soc., 166,月

外Lithium Silicides in Lithium-ion

A. Nakayama,

A5362-A5368

Batteries AnodeI. V.

(2019).

Abarenkov, I.
I. Tupitsyn,
I. E. Gabis,
K. Uosaki,
and T.
Taketsugu
The Role of Nitrogen-doping and theM. Eckardt,

Electrochimica

2019 年 1

国

Effect of the pH on the Oxygen

K. Sakaushi,

Acta, 299,

月

外Reduction Reaction on Highly Active

A. Lyalin, M.

736-748 (2019).

Nitrided Carbon Sphere Catalysts

Wassner, N.
Hüsing, T.
Taketsugu,
and R.J. Behm

Ab initio surface hopping molecular

T. Taketsugu

Comp. Theo.

2019 年 1

国

dynamics on the dissociativeand Y.

Chem., 1150, 1-9

月

外

Kobayashi(2019).

Low-lying Excited States of hqxcH

M. Ebina, Y.

Inorg. Chem., 58,

2019 年 3

国

and Zn-hqxc Complex: Toward

Kondo, T.

4686–4698 (2019).

月

外Understanding Intramolecular Proton

Iwasa, T.

Transfer Emission

Taketsugu

Perspective on Density-Functional

周建斌、中井分子シミュレーシ2018 年 1

国Tight-Binding Parameterization

浩巳

ョン研究会会誌ア

月

内

recombination of CH+
3

towards Transition Metals

ンサンブル 20, 8(2018)

別添 1-115

分割統治型密度汎関数強束縛

西村好史、中分子シミュレーシ2018 年 1

国(DC-DFTB)法に対する最近の開発と応

井浩巳

ョン研究会会誌ア月

内

用ンサンブル 20,
18-23 (2018)

光受容タンパク質の機構解明に向けた

河本奈々、吉J. Comput. Chem.

2018 年 10

国

分割統治型時間依存密度汎関数強束縛

川武司、小野Jpn 17, 127 (2018)

月

内

法の開発

純一、中井浩巳

Development of Divide-and-Conquer

Chien-Pin

Chem. Rec. 19,

2018 年 11

国

Density-Functional Tight-Binding

Chou, Aditya746-757 (2019).

月外Method for Theoretical Research on

Wibawa Sakti,

Li-ion Battery

Yoshifumi
Nishimura,
Hiromi Nakai

Development of Large-Scale

Nana Komoto,J. Chem. Theory

2019 年 1

国

Excited-State Calculations Based on

TakeshiComput. 15,

月

外

the Divide-and-Conquer

Yoshikawa,

1719-1727 (2019)

Time-Dependent Density Functional

Junichi Ono,Tight-Binding Method

Yoshifumi
Nishimura,
Hiromi Nakai

DCDFTBMD: Divide-and-Conquer

Yoshifumi

J. Comput. Chem.

2019 年 3

国

Density Functional Tight-Binding

Nishimura,40, 1538-1549

月

外Program for Huge-System Quantum

Hiromi Nakai(2019)

西村好史、吉J. Comput. Chem.

2019 年 3

国

川武司、中井Jpn 17, A21 (2018)月

内

Mechanical Molecular Dynamics
Simulations
DCDFTBMD プログラムの公開

浩巳
First-Order Interacting Space

Kazuma Yanai,

J. Chem. Theory2018 年 6国Approach to Excited-State MolecularKazuyaComput., 2018,月

外Interaction: Solvatochromic Shift

Ishimura,

14, 3643-3655

of p-Coumaric Acid and Retinal

Akira

Schiff Base

Nakayama,
Jun-yaHasegawa

別添 1-116

３．プレス発表掲載された成果

発表者氏名発表メディア

発表時期

国
内
・
外
の
別

データサイエンスで効率的に全固体電Randy Jalem,

物質・材料研究機

2018 年 4

国

池材料の最適化予測に成功

中山将伸，竹構、名古屋工業大月

内内一郎，金森学

2018 年 6国月

内研太，山崎久嗣，斎藤俊哉
人工知能（AI)の頭の中を解読する手法

Randy Jalem

日刊工業新聞を開発

Revisions to standard theory provide

H. Tanaka, T.

American2018 年 8

国clues to understanding phase

Yagasaki, andInstitute of

月外behavior of clathrate hydrates

M. Matsumoto

Physics
Scilight

炭素材料が微量な窒素導入で活性な酸

坂牛健,

NIMS-北海道大学

2018 年 8

国

素還元電極触媒になる仕組み～非白金Markus

プレスリリース

月

内族電極触媒を用いた酸素還元反応の微Eckardt,Andr（ACS Catalysis,

視的機構解明への一歩～

ey Lyalin,武8, 8162-8176

次徹(2018)に掲載)

也,R.JürgenB
ehm, 魚崎浩平
Solving the mystery in vibrational

小野ゆり子、

Advances in2018 年 9

国

spectrum of PtCO in argon matrix

八木清、高柳Engineering 社の

月

外敏幸、武次徹サイト(カナダの也

リサーチ会社)

量子力学的なプロトン移動による電流

坂牛健,

NIMS-北海道大学

2018 年 12

国生成の確認に成功

Andreyプレスリリース

月内

Lyalin,武次（Phys. Rev.

徹也,魚崎浩

Lett., 121,

平236001 (2018)に掲
載)

別添 1-117

（５）特許出願状況
委託業務題目「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
機関名 大学共同利用機関法人 自然科学研究機構
業務コー

実

発明の

ド

施

名称

年

発明者

出願

出願番号

登録

（出願日）

区分

度
1412001430

分子科学研究所なし

別添 1-118

出願区分

出願国

登録番

メ

号（登録

モ

日）

別添 2

公開版

「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」
実施計画

平成 31 年 2 月 7 日
大学共同利用機関法人自然科学研究機構
分子科学研究所
岡崎

進

改訂履歴
版

項目

ページ

初版

主な改訂内容（概要）初版発行

平成 28 年 2 月 29 日
第2版

－

－

平成 29 年 6 月 12 日

諮問委員のご指摘、実験研究者からの意見等を反映し
更新

改訂履歴

－

新規追加

１．
（１）

1

表 1-1 国内外の主な関連プロジェクトを最新情報に
更新

１．
（２）

3

サブ課題Ｂを諮問委員のご指摘、実験研究者からの意
見等を反映し更新

１．
（３）

5～6

サブ課題Ｂを諮問委員のご指摘、実験研究者からの意
見等を反映し更新

１．
（３）

6～7

１．
（４）

9

サブ課題Ｃの計画を具体化
エネルギーの変換・貯蔵でサブ課題Ｂの更新に対応し
訂正

１．
（５）

11～18

サブ課題Ａは具体化・詳細化、サブ課題Ｂは諮問委員のご指摘、実験研究者からの意見等を反映し更新、サ
ブ課題Ｃは具体化・詳細化

１．
（６）

19

図 1-2 推進体制を最新情報に更新

１．
（６）

20

図 1-3 運営体制に担当者氏名、所属を追加

１．
（６）

23～27

１．
（７）

33

２－２．

47～55

表 1-2 平成 29 年度以降の実施体制を最新情報に更新
平成 29 年度分を配分量に更新
サブ課題Ｂ エネルギーの変換・貯蔵 –電気エネルギ
ーを諮問委員のご指摘、実験研究者からの意見等を反
映し更新

２－３．
（３） 59～61

目標・期待される成果を具体化

２－４－４．

66

stat-CPMD を最新情報に更新

別紙１

72～73

平成 29 年度の体制に変更

別紙２

74

所要経費区分を「委託契約事務処理要領の改正 （H29
年 3 月 17 日付け）」に対応し変更

第3版

別紙３

75

平成 29 年度分を配分量に更新

別紙４

76

平成 29 年度分を配分量に更新

別紙５

77～80

－

－

最新情報に更新
中間評価指摘事項を受け更新

平成 29 年 12 月 22 日

１．
（３）

8

図 1-1 ポスト｢京｣でなければできない研究をより具体化・詳細化１．
（５）

10

人工知能技術とシミュレーションの融合を作成、それに伴い１.実施概要の以降の項番を変更

１．
（７）

19

図 1-2 推進体制を最新情報に更新

１．
（７）

21

図 1-4 研究開発における連携についてを最新情報に
更新

２－４－５
４．
第4版

68
72～80

－

－

平成 30 年 3 月 26 日

表 2-4-1 基盤アプリ設計開発を最新情報に更新
中間評価時の指摘事項への対応状況を作成
平成 30 年度予算および｢京｣計算資源配分決定を反映
し更新

１．
（８）

33

平成 30 年度分を配分量に更新

別紙２

83

平成 30 年度の所要経費に更新

別紙３

84

平成 30 年度分を配分量に更新

別紙４

85

平成 30 年度分を配分量に更新

第5版

－

－

諮問委員会の審議結果を反映し更新

平成 30 年 5 月 31 日

１．
（２）

3～4

研究開発内容を最新情報に更新、具体化・詳細化

１．
（３）

6

サブ課題Ｂの計画を具体化・詳細化

１．
（３）

7

サブ課題Ｃの計画を具体化・詳細化

１．
（４）

9

最新情報に更新

１．
（５）

10～11

諮問委員会の審議結果及び運営委員会の検討結果を
反映し更新

１．
（５）

11

図 1-2 インフォマティクス活用ワーキンググループ
設置を追加、それに伴い１.実施概要の以降の図の項
番を変更

１．
（６）

12～20

年次計画を具体化・詳細化

１．
（７）

21～22

実施体制を最新情報に更新

１．
（７）

21

図 1-3 推進体制を最新情報に更新

１．
（７）

22

図 1-4 運営体制を最新情報に更新

１．
（７）

23

図 1-5 研究開発における連携についてを最新情報に
更新

１．
（７）

25～30

表 1-2 平成 30 年度以降の実施体制を最新情報に更新

１．
（７）

33～35

表 1-3 人員計画を最新情報に更新

２－１．
（５） 48～49

実施体制を最新情報に更新

２－１．
（５）

図 2-1-6 サブ課題Ａ実施体制を最新情報に更新

48

２－２．
（２） 51～53

実施内容を最新情報に更新、具体化・詳細化

２－２．
（３）

計画を具体化・詳細化

54

２－２．
（５） 57～58

実施体制を最新情報に更新

２－３．
（２） 60～61

実施内容を最新情報に更新、具体化・詳細化

２－３．
（３） 62～63計画を具体化・詳細化

２－３．
（４）

具体化・詳細化64

２－３．
（５） 64～66

実施体制を最新情報に更新

２－３．
（５）

66

図 2-3-7 サブ課題Ｃ実施体制を最新情報に更新

２－４－５．

70

最新情報に更新

２－４－５．

70

図 2-4-1 コデザインと重点課題間連携を最新情報に
更新

４．

75

図 4-1 出口に向けた産業界との連携を最新情報に更
新

４．

78

図 4-2 成果利活用の道筋を最新情報に更新

４．

83

表 4-2｢京｣を中核とする HPCI システム：利用実績のあるアプリケーションを更新

４．

84

図 4-3 大型国家プロジェクトとの連携を最新情報に
更新

別紙１

85～86

別紙２

87

平成 28 年度経費を確定値に更新－－実施体制の変更、平成 31 年度予算および｢京｣計算資第6版
平成 31 年 2 月 7 日

平成 30 年度の体制に更新

源配分決定を反映し更新
１．
（５）

11

図 1-2 インフォマティクス活用ワーキンググループ
設置を最新情報に更新

１．
（７）

21～22

実施体制を最新情報に更新

１．
（７）

21

図 1-3 推進体制を最新情報に更新

１．
（７）

22

図 1-4 運営体制を最新情報に更新

１．
（７）

23

図 1-5 研究開発における連携についてを最新情報に
更新

１．
（７）

25～30

１．
（８）

34

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制を最新情報に更新
平成 31 年度分を配分値に更新

２－１．
（２） 36～38

実施体制を最新情報に更新

２－１．
（５）

41

実施体制を最新情報に更新

２－１．
（５）

41

図 2-1-6 サブ課題Ａ実施体制を最新情報に更新

２－４－５．

59

図 2-4-1 コデザインと重点課題間連携を最新情報に
更新

４．

63

図 4-1 出口に向けた産業界との連携を最新情報に更
新

４．

64

図 4-2 成果利活用の道筋を最新情報に更新

４．（６）

66

参加者数を最新情報に更新

４．

67

表 4-2｢京｣を中核とする HPCI システム：利用実績のあるアプリケーションを最新情報に更新

４．（７）

67

大型国家プロジェクトとの連携数を最新情報に更新

４．

68

図 4-3 大型国家プロジェクトとの連携を最新情報に
更新

別紙１

69～70

別紙２

71

平成 31 年度の体制に更新
平成 29 年度を確定値に、平成 31 年度所要経費に更
新

別紙３

72

平成 31 年度分を配分量に更新

別紙４

73

平成 31 年度分を配分量に更新

内容
1．実施概要 .............................................................................. 1(1) 目的・意義 ........................................................................ 1(2) 研究開発内容 ...................................................................... 2(3) 目標・期待される成果 .............................................................. 4(4) 周辺領域への波及効果、課題全体における計算科学やシミュレーションの位置づけ ......... 8(5) 機械学習やデータサイエンスの技術活用の検討........................................ 10(6) 年次計画 ......................................................................... 12(7) 実施体制 ......................................................................... 21(8) 必要計算資源 ..................................................................... 34
2．研究開発内容詳細 ..................................................................... 35
2-1．サブ課題 A 新エネルギー源の創出・確保 － 太陽光エネルギー ....................... 35(1) 目的・意義 ....................................................................... 35(2) 実施内容 ......................................................................... 36(3) 目標・期待される成果 ............................................................. 39(4) 「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ........................ 40(5) 実施体制 ......................................................................... 41
2-2．サブ課題 B エネルギーの変換・貯蔵 － 電気エネルギー ............................. 42(1) 目的・意義 ....................................................................... 42(2) 実施内容 ......................................................................... 42(3) 目標・期待される成果 ............................................................. 45(4) 「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ........................ 48(5) 実施体制 ......................................................................... 48
2-3．サブ課題 C エネルギー・資源の有効利用 － 化学エネルギー ......................... 50(1) 目的・意義 ....................................................................... 50(2) 実施内容 ......................................................................... 51(3) 目標・期待される成果 ............................................................. 53(4) 「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと ........................ 55(5) 実施体制 ......................................................................... 55
2-4．基盤アプリ設計・開発 ............................................................ 57
2-4-1．NTChem ........................................................................ 57
2-4-2．GELLAN ........................................................................ 57
2-4-3．MODYLAS ....................................................................... 57
2-4-4．stat-CPMD ..................................................................... 57
2-4-5．コデザイン .................................................................... 58
3．採択時の留意事項への対応状況 ......................................................... 61
4．中間評価時の指摘事項への対応状況 ..................................................... 63i別紙１ 実施機関一覧 ................................................................. 69
別紙２ 所要経費 ..................................................................... 71
別紙３ 「京」の計算資源量 ........................................................... 72
別紙４ 「京」以外の計算資源量 ....................................................... 73
別紙 5 用語の説明書 .................................................................. 74

ii

1．実施概要（１）目的・意義
ポスト「京」を駆使することにより、太陽電池、人工光合成による新エネルギーの創出・確保、燃料
電池、二次電池によるエネルギーの変換・貯蔵、また、メタンや CO2 の分離・回収、貯蔵、触媒反応によるエネルギー・資源の有効利用など、太陽光エネルギー、電気エネルギーや化学エネルギーにおいて中心的な役割を担う複雑で複合的な分子・物質過程に対する電子・分子レベルでの全系シミュレー
ションを行い、実験研究者、産業界と連携して、高効率、低コスト、また環境に優しく持続可能なエネ
ルギー新規基盤技術を確立する。
同時に、これまで計算機資源の不足により制限されていた孤立系や部分系における単一現象の科学から脱却し、現実系である界面、不均一性を有する電子、分子の複合現象を統合的に捉え得る新しい
学術的視点を確立し、科学的なブレークスルーを達成する。
国内外における主な関連プロジェクトを表 1-1 にまとめる。実験主体のプロジェクトが多く、計算はマテリアルゲノム中心であり、基本原理に基づく計算は小規模である。米国 DOE 傘下の計算機セン
ターにおいては、2016 年から導入の始まるプリ・エクサシステムへのアプリケーション移行のプロジ
ェクトが行われている。当面、メニコアアーキテクチャ等への移行が主目的にみえる。但し、その発展・成果については、競合する可能性が高く注視していく必要がある。国内の実験プロジェクトには、
本課題研究者が直接参加することも含め密接に連携していく。
表 1-1 国内外の主な関連プロジェクト

別添 2-1

資源小国である我が国にとって、エネルギー問題の解決は喫緊の重要課題である。本重点課題において確立する技術は、新エネルギー源としての太陽光利用、また自動車産業の根幹を変革する可能性を持つ低コスト電気自動車、燃料電池車の世界に先駆けた開発、さらには、ハイドレートからのメタ
ン資源の確保、高性能触媒の開発によるエネルギー多消費型工業プロセスの革新、CO2 問題の解決による化石燃料の安定的利用の実現を目的としており、いずれも国家的課題の解決に大きく貢献するものである。さらには、安価な太陽電池や二次電池は発展途上国のエネルギー問題を大幅に改善するものであり、地球規模での資源、環境問題の解決にもつながる国際貢献が可能となる。
（２）研究開発内容
本重点課題では上記の目的を達成するために、サブ課題Ａ「新エネルギー源の創出・確保 －太陽光エネルギー」、サブ課題Ｂ「エネルギーの変換・貯蔵－電気エネルギー」、サブ課題Ｃ「エネルギー・
資源の有効利用－化学エネルギー」を設定し、ポスト「京」を最大限に活用するアプリケーション開発により各サブ課題での目標を実現する。開発内容の概要は以下の通りである。
サブ課題Ａ 新エネルギー源の創出・確保－太陽光エネルギー
高効率太陽光エネルギー変換による新エネルギー源の創出を目指す。複雑なスピン状態を含む天然・
人工光合成系の素反応から物質設計までを取り扱える統合的な計算手法を確立し、水分解反応の本質解明と新エネルギー創出に有望な物質探索を行う。また、太陽電池の物質設計とモルフォロジー・界面の制御に貢献できるシミュレータの開発を行い、高効率太陽電池の実現に向けた計算的アプローチを推進することにより次世代のエネルギー資源の創出に貢献する。
人工光合成の物質設計と実用化を目的とした光合成シミュレータの開発と、高効率な太陽電池の予測を可能にする太陽電池シミュレータの開発を行う。
光合成シミュレータでは、複雑なスピン状態を伴う多核金属錯体の電子状態の正確な取り扱いを可能にする強相関ソルバーの開発を行い、ESR や EDNMR をプローブとした応用に展開する。大規模な量
子エンタングルメントを取り扱う新規な理論と数値解法を発展させ、光合成の機構解明をポスト「京」で始めて可能とする。基礎となる天然光合成系については Kok サイクルの各酸化状態での水分解サイ
トの構造決定を行い、反応機構を明らかにする。半導体光触媒については、大規模な時間依存密度汎関数計算によるバンドギャップと水の酸化還元準位とのバンドアライメント最適化を行う。
更に、上記研究で開発した光合成シミュレータを用い、新規光触媒設計と助触媒の最適化の応用研究を行う。
太陽電池シミュレータではメモリ分割を施した時間依存密度汎関数法を開発し、数千〜１万原子規
模のドナー・アクセプター界面での電荷分離状態のシミュレーションを行うと共に、領域分割によるアプローチも検討する。更に、有機電子供与体・有機電子受容体の相互作用と光誘起による電子物性に強く依存する ISC を飛躍的に増加させる有機物材料の設計指針を明らかにする。
更に、上記研究で開発した太陽電池シミュレータを用い、ペロブスカイト太陽電池の光電荷移動機
構や自由キャリア機構の解明に向けた研究を行う。

別添 2-2

これらの目標を達成し、出口に向けた成果を創出するために、サブ課題 A では、岡山大学、大阪市立大学をはじめとする実験研究者と共同研究を行い、また、ARPChem、NEDO、CREST 及び元素戦略などの国家プロジェクトと連携し、更に三菱ケミカル等の民間企業との連携も行っていく。
サブ課題Ｂ エネルギーの変換・貯蔵－電気エネルギー
第一原理電子状態理論に基づく電極反応の計算と分子動力学法に基づく電解質の計算を統合させる
ことにより、均一系の化学・表面物性・粗視化に基づく材料科学的なアプローチでは理解が困難であった二次電池や燃料電池の分子論を構築する。またこの方法を用いて、測定が困難な電極界面を解明
しそれを二次電池や燃料電池の電流電圧曲線等の予測につなげ、信頼性の向上に貢献できる手法を確立する。これを用いて次世代・次々世代電池技術の重要問題に挑戦し、蓄電・水素エネルギー社会の実現に貢献する。
本サブ課題は、電極シミュレーション、イオン輸送・電解質膜シミュレーションから成るシミュレータを開発し、電極界面の微視的挙動の解析を実現する。これを用いて、サイクリック・ボルタンメ
トリー（電流電圧曲線）計算や界面酸化還元反応の計算を行いながら、電極界面が関わる問題の解決が可能なレベルにシミュレータを発展させる。電極シミュレーションでは、アプリケーションソフト
ウエア stat-CPMD、STATE を拡張し、電位差が印加された状況下等での反応自由エネルギーの計算を可能にし、その手法の有効性をリチウムイオン電池や燃料電池で確認した後に、全固体電池、ナトリウ
ムイオン電池、リチウム空気電池などの次世代二次電池や白金代替燃料電池へと展開する。イオン輸
送・電解質膜シミュレーションでは、主として MODYLAS による古典分子動力学シミュレーションに基づいて二次電池電極界面、燃料電池三相界面等の不均一系におけるイオン輸送の分子機構を解明する。
更に、アプリケーションソフトウエア RedMoon により、電極−電解液界面の SEI 膜形成機構の解明を行う。リチウムイオン電池系の界面被膜形成に電解液組成などが与える効果を原子レベルから解析する。
これらの目標を達成し、出口に向けた成果を創出するために、サブ課題 B では、物材機構、東京理科大、SPring-8 等をはじめとする実験研究者と共同研究を行い、また、ImPACT、JST-ALCA、NEDO、CREST
及び元素戦略などの国家プロジェクトと連携し、更にトヨタ自動車、富士フィルム、日産アーク、昭和電工等の民間企業との連携も行っていく。
サブ課題Ｃ エネルギー・資源の有効利用－化学エネルギー
化学エネルギー創成から消費に至る過程において、メタンや CO2 の分離・回収、貯蔵、触媒反応によるエネルギー・資源の有効利用に関わる基盤技術を開発し、高効率な分離・回収、貯蔵、相互変換法の実用への橋渡しとするための指針を提供する。そのために、電子状態理論と分子動力学法を基盤とした統合シミュレーション技術を構築し、実用的な物質設計に向け分子レベルからの指針を提供する。
ハイドレート分解によるメタン資源の採取方法の効率化、燃料電池非白金系触媒の開発、アミンをはじめ高効率材料を用いた CO2 の分離・回収技術の発展に貢献することにより、エネルギー多消費型工業プロセスを革新する。

別添 2-3

化学エネルギーを対象とする本サブ課題は、ハイドレート、触媒、CO2 分離・回収から構成される。
エネルギー資源として大量に存在するメタンハイドレートの効率的採取法の開発を目指して、大規模長時間
MD シミュレーションを実施して、メソスケールでの解離の機構解明、解離の律速過程の探索を行ない、効率的な融解法への指針を得る。更に、ポスト「京」を駆使した大規模な構造探索から、蓄冷材としてのセミクラスレートの性能の向上のための包括的な評価を行う。触媒では、反応経路自動探索法を
NTChem に連成し、CO2 有効資源化と燃料電池非白金系触媒に焦点を当てた研究を行う。CO2 分離・回収
では、分割統治法を中心としたアプリの高度化を行い、消費エネルギーコストを削減する新規アミンの提案・最適なアミン混合比の予測を行う。更に、溶液系だけでなく金属有機構造体（MOF ）やゼオ
ライトのような多孔質材料を用いた手法に関する技術を確立する。
これらの目標を達成し、出口に向けた成果を創出するために、サブ課題 C では、北大等をはじめとする実験研究者と共同研究を行い、また、CREST 及び元素戦略などの国家プロジェクトと連携し、更にパナソニック、三菱ケミカル、IHI 等の民間企業との連携も行っていく。
（３）目標・期待される成果
サブ課題Ａ 新エネルギー源の創出・確保－太陽光エネルギー
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
数千～１万原子から成る大規模な分子系の励起状態計算の実現に向けて、基底状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムを完成させ、太陽電池シミュレータに実装する。有機系太陽電池のエネルギー変換機構を解明するための手法とプログラムを開発し、太陽電池シミュレータに実装する。又、光合成シミュレータにおいては、ポスト「京」による光合成系の理論研究を可能にする計算手法と分光学的プローブの基本設計とプロトタイプ実装を終了する。
更に、上記研究で開発した光合成シミュレータを用いた新規光触媒への応用研究を実施すると共に、
太陽電池シミュレータを用い、ペロブスカイト太陽電池の光電荷移動機構を解明する。
・本格実施フェーズ終了時
1020 以上の複雑な電子配置が重要な寄与をする電子系の高精度計算が可能な光合成シミュレータを完成させ、複雑な組成を持つ半導体光触媒や、電子相関が強くこれまで取り扱いが困難であった多核金属錯体による人工光合成系の定量的な取り扱いを可能にする。また、太陽電池シミュレータを完成させる。数千～１万原子から成る大規模な太陽電池材料の基底状態に加えて励起状態での挙動や物性のシミュレーションを可能とする。
光合成シミュレータを用いた新規光触媒設計と助触媒の最適化を行う。また、太陽電池シミュレー
タを用いペロブスカイト太陽電池の高効率性に関わる自由キャリア機構を解明する。更に、ドナー・アクセプター界面の電子的特性を明らかにすることにより有機系太陽電池などの実用化のめどとされる変換効率 15%に向けた提案を行う。

別添 2-4

・ポスト「京」運用開始 5 年後
天然の光合成系を模倣した新規触媒の開発を行う。(1)可視光領域で水から水素を効率良く作ることのできる光触媒の理論設計、(2) 水を分解して酸素を取り出す高効率な金属錯体触媒のシミュレーシ
ョン設計を実現する。太陽電池シミュレータの幅広い分野での活用・普及を行うと共に、太陽電池のさらなる高効率化を目指して、新規変換機構に基づく太陽電池に関する知見を得る。
アウトカム成果：・ ポスト「京」運用開始５年後企業との連携によるプロトタイプ実証が開始される。
・ポスト「京」運用開始１０年後
企業との連携による製品化が目指される。分子・物質レベルのミクロな情報から材料の物性や挙動を予測できるマテリアルデザインのための総合的なモデリング/シミュレーション環境を提供し、触媒、医薬品、ポリマー、燃料電池、太陽電池、強相関物質などをターゲットとして多くの分野のニーズに資する統合シミュレータとして普及する。
サブ課題Ｂ エネルギーの変換・貯蔵－電気エネルギー
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
二次電池に関しては、固体電子論に基づく計算プログラムを発展させ、数千原子規模の電極界面に対して電極反応等の自由エネルギー計算が可能なシミュレータを、stat-CPMD、STATE をベースに開発する。また、混合 MC/MD 反応法プログラムを発展させ、数十万原子規模の電極・電極被膜界面での反応シミュレーションを行えるシミュレータを開発する。燃料電池に関しては、燃料電池電極界面の構造や反応自由エネルギーを計算することが可能な電極シミュレータを、第一原理分子動力学法(STATE,
stat-CPMD)をベースに開発する。また、高分子電解質膜など 100 万～1,000 万原子の高分子系に対して分子動力学計算による相分離構造の解析や破壊シミュレーションが可能なシミュレー タを、
MODYLAS をベースに開発する。
これらのシミュレータを用い、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池の電解液探索、被膜形
成過程に電解液組成などが与える効果の原子レベルの解析や二次電池電極界面近傍、燃料電池三相界面でのイオン輸送など、電池材料としての機能発現の分子過程の解明を行う。また、燃料電池の反応・輸送抵抗を予測するのに必要な物性値の導出、遷移金属酸化物などの白金代替物質の構造や反応に関する電極シミュレーションを行い、電極開発に資する。
・本格実施フェーズ終了時
二次電池に関しては、固体電子論に基づく計算プログラムを用いた 5000 原子規模の反応自由エネ
ルギー計算が可能になるシミュレータを開発する。また、混合 MC/MD 反応法による数十 nm オーダーの厚みを有する現実の SEI 膜との直接比較が可能な 100 万原子規模のシミュレータを開発する。燃料電池に関しては、電極界面の構造や反応自由エネルギーの計算効率や精度を向上させ、界面構造等と反応機構や反応抵抗との関連を解明することが可能な電極シミュレータを開発する。高分子電解質膜

別添 2-5

に特徴的な大域的構造とそれに由来する膜強度やイオン伝導度、また電極・電解質膜界面等の解析が可能な 1 億～10 億原子系に対する分子動力学計算を実現するシミュレータを開発する。上記、微視的
シミュレーションから得られる反応抵抗や輸送抵抗に基づいて、電流電圧曲線の予測計算を可能なレ
ベルのシミュレータとして発展する。開発シミュレータの産業界等への技術移転を開始する。
これらのシミュレータを用い、二次電池に関しては、リチウムイオン電池等の電極界面被膜や電解液の反応性・イオン伝導性を解析し、また力場計算連携解析・材料相関の機械学習解析も実行し、より高効率かつ高安全性をもつ電解液・電解質材料の設計指針を提案する。加えて、ポストリチウムイ
オン電池の有力候補である全固体電池の電解質—電極界面におけるイオン輸送や、リチウム空気電池
や多価イオン電池における電解液—電極反応に関してもポスト京利用に向けた予備的な成果を得る。
燃料電池に関しては、遷移金属酸化物などの白金代替物質の活性向上のための組成や構造に関する設計指針を獲得する。標準的な電解質膜に対して乾湿サイクルによるモルフォロジー変化を明らかにするとともに、破壊の分子機構を解明する。加えて、プロトンの輸送、酸素や水素の遮断など電池材料としての機能発現の分子過程を解明する。更に、電解質膜開発に関しては内閣府 ImPACT プロジェク
ト「しなやかタフポリマー」と連携し、開発企業と共同で、社会的に緊急度の高い強靭で高耐久性、高信頼性を持つ実用的な自動車用燃料電池の電解質膜の設計指針を提供し、「京」を用いた先行的成果としてコンセプトカーの試作につなげる。
・ポスト「京」運用開始５年後
開発シミュレータを用いた二次電池や燃料電池の電流電圧曲線の計算技術を確立させるとともに、大域的モルフォロジーと微視的な電極反応の関連を明確にするなど電池の微視的理論を充実させる。
次世代二次電池や燃料電池の反応機構に関する微視的理論を発展させ、材料開発に貢献する。また、シミュレーション技術の産業界への移転を始める。
アウトカム成果：
・ポスト「京」運用開始５年後「京」およびポスト「京」によって提案あるいは確認された電池の部材の商品化がいくつか行われる。電気自動車、燃料電池車の開発やスマートグリッド社会の構築が加速する。開発シミュレータが企業等で用いられ始め、開発期間の短縮に貢献する。
・ポスト「京」運用開始１０年後
蓄電社会、水素社会の構築が進んだ結果、自然エネルギーの全エネルギーに対する割合が増加する。
全電池シミュレータ技術が普及し、電池開発に不可欠な基盤となる。
サブ課題Ｃ エネルギー・資源の有効利用－化学エネルギー
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
化学エネルギー創成から消費に至る過程の、高効率な分離・回収、貯蔵、相互変換法の計算科学における開発を目指す。ハイドレートを用いた物質貯蔵に関して、高効率、低エネルギーコスト低環境
負荷で貯蔵・廃棄するため、自由エネルギー計算や数十万原子規模の分子系、ミリ秒のシミュレーシ
ョンにより最適条件を提示する。更に、蓄冷材としてのセミクラスレートについて、未解明の構造や別添 2-6

熱力学的特性の解析方法を開発する。触媒設計では反応経路自動探索プログラムを NTChem に連結させ、京の上での反応経路探索計算を可能にする。更に、金属ナノクラスターによる触媒反応の全面経
路探索を行い、サイズ効果やクラスター構造変化の効果について知見を得る。CO2 について、100 万原
子規模の化学反応ダイナミクスに必要な DFTB などのアプリケーションの大枠の開発、また拡散と反応性の関係を明らかにする。更に、力場（DFTB パラメータ）の拡張を実施して、MOF などの多孔質材
料の CO2 吸収量や吸収速度、回収に必要な熱量などの基礎的知見を獲得する。
・本格実施フェーズ終了時
化学エネルギー創成から消費に至る過程について、計算科学により高効率な分離・回収、貯蔵、相互変換法の実用へ橋渡しとするための指針を提供する。ハイドレートについては、最大数千万原子規
模の分子系、ミリ秒程度のシミュレーションを行い、生成解離機構を解明し、マクロなシミュレーシ
ョンへデータを提供することにより、メタンの効率的回収の指針を得ることに貢献する。更に、メタン資源化と CO2 投棄のために、メタンハイドレート中のメタンの CO2 への置換機構を解明するとともに、蓄冷材としてのセミクラスレートの構造と潜熱の基礎原理を確立する。触媒設計では、反応経路
自動探索プログラムを NTChem と連結し反応経路自動探索を実現し、1000 原子程度の複雑な触媒反応機構を調べる計算手法を開発する。CO2 有効資源化の触媒や燃料電池非白金系触媒へと適用し、高機能触媒設計に資する知見を得る。CO2 分離・回収では、アミンの pKa 依存性など 100 万原子程度の大規模系解析に基づいて、最適な反応条件の提案を行う。更に、CO2 分離・回収候補となる MOF などの多孔質材料の指針を吸収量や吸収速度、回収に必要な熱量の観点から示す。
・ポスト「京」運用開始 5 年後
メタン、水素を長時間貯蔵するために、ハイドレートの分解を緩和する“自己保存効果”を高める手法の開発、CO2 固定の高機能触媒、サブ課題 B と連携した燃料電池非白金系触媒、最適化されたアミン吸収液に対するより定量的な CO2 吸収特性の予測を実現する。
アウトカム成果：
・ポスト「京」運用開始５年後
ハイドレートに対する低環境負荷が一般に認められ、また反応経路自動探索計算や凝縮相内化学反応シミュレーションが化学プロセスや材料設計で普及する。
・ポスト「京」運用開始１０年後
メタンハイドレート由来のメタンが利用されるようになり、反応経路自動探索法が産業界に普及し、合理化されたプロセスに基づく CO2 分離・回収技術の実証試験が進み産業化がなされる。
上に述べたような分子過程が重要なエネルギー技術においては、複雑に絡みあった電子、分子の振る舞いが中心的な役割を担っている場合が多い。しかしながら一般的に、これまでの計算科学研究は、均一系に対するものでしかなかった。このため、理想的な要素に対するモデル研究にとどまっており、構成要素が複合して形成されている実在系の現象を直接取り扱うことができていない。ここにおいて、
ポスト「京」を用いた超大規模並列シミュレーションにより、広域なヘテロ複合系の計算を実行し、そこで初めて生起する重要な現象を世界に先駆けて解明する。これにより、エネルギー問題の解決の鍵となっている分子過程を計算科学的に明らかにし、実験研究者と協力しながら問題解決に向けて一

別添 2-7

歩を踏み出すことが可能となる。このような研究は学術的にも意義が高く、ポスト「京」なくしては不可能であり、ポスト「京」の利用による明確な投資効果を有している。その例を図 1-1 に示す。
例えば、「京」においては 1000 原子までの分子の励起状態の量子化学計算が実現されているが、有機太陽電池の開発に必要なヘテロジャンクションを含めた現実系界面のシミュレーションには 10000 原子規模の取扱いが不可欠である。この計算を終えるには「京」では 1 年を必要とし成果は見込まれない。
また例えば、「京」においては燃料電池高分子電解質膜だけからなる系に対する分子動力学計算は可能である。しかしながら、実際の開発研究においては高分子電解質膜と電解液からなる系が触媒層に圧着されている数億原子からなる現実系に対する計算が必要となる。この計算は「京」では数年かかり実質的に研究不可能である。ポスト「京」においては、新規アルゴリズム開発も含めて 2 から 20ms/MDstep の実現を目標としており、その場合 1 週間以下で計算を終了できる。

図 1-1 ポスト「京」でなければできない研究（４）周辺領域への波及効果、課題全体における計算科学やシミュレーションの位置づけ
本重点課題で取り扱うエネルギー技術においては、いずれも電子や分子のミクロな振る舞いが中心的な役割を果たしている。このような分子レベルの情報は実験のみからでは得ることは難しく、開発指針も経験のみから定めることは困難である。このため、エネルギーシステムにおける分子のミクロな理解は、新規材料の合理的な理論設計と機能制御の開発において最も重要なファクターとなっている。
本課題は実験研究者、企業研究者との連携に基づいて課題解決を目指すものであり、以下のように実験と別添 2-8計算の相互的な関係、課題全体における計算科学の位置づけ、役割は明確である。
まず「新エネルギー源の創出・確保」における太陽光エネルギー技術全体の課題は、低コスト、汎用元素、高変換効率、長寿命の高性能太陽電池の開発と、高効率水素発生光触媒の開発である。これらを実現するにあたって特に計算科学に求められていることは、前者に対しては短絡電流密度、開放
電圧、曲線因子の計算、界面・モルフォロジー制御や電荷再結合等の太陽電池のエネルギー変換効率
要因の特定であり、また、アップコンバージョン、ホットキャリア、熱電変換利用等の理論限界を超える太陽電池の新機構提案である。また、後者に対しては、金属錯体や半導体光触媒での水素発生機
構解明と設計、CO2 固定法の指針開発である。このため、上述したように太陽電池シミュレータならびに人工光合成シミュレータの開発を行うことが強く求められており、これらに基づいて実験研究者、
企業研究者と連携して新しい原理に基づく太陽電池、光触媒の開発につなげる。
「エネルギーの変換・貯蔵」における電気化学エネルギー技術全体の課題は、二次電池、燃料電池
共に、ひとえに低コスト化、高信頼性、高耐久性、汎用元素利用の電池開発である。そこにおいては
特に高エネルギー密度、高出力密度、高速充放電を実現することが求められているが、さらには次世
代、次々世代電池の構築もすでに要求されている。これらの課題解決のために計算科学に求められていることは、一つは各種電池共通課題として、電極反応、電極被膜生成、イオン輸送に関わる電極/電極被膜・電解質膜/電解液界面挙動の解明である。もう一つは、高電圧・高エネルギー密度に繋がる正極・負極、高イオン伝導度、高耐久性を持つ電解液・電解質・電解質膜、さらには燃料電池における白金代替触媒など種々の電池に個別な電池部材の最適材料設計、材料探索である。このため、電極反応、電極被膜、電極界面の研究を進めることができ、また電解質膜、電極被膜と電解液との界面を研究するシミュレータの開発が不可欠となっており、これらは information transfer により電極界面の反応抵抗、輸送抵抗、電気二重層などを統合して、CV 曲線のシミュレーションを可能とすることが期
待されている。これら計算科学の課題を解決し、その上で ImPACT、元素戦略、JST-ALCA など大規模国家プロジェクト等において実験研究者、企業研究者と連携し、自動車産業で日本が優位に立ち得る高性能燃料電池、二次電池の開発へと繋げるとともに、次世代、次々世代電池開発を加速化する。
「エネルギー・資源の有効利用」における化学エネルギー技術全体の課題は、ハイドレートからのメタンの効率的採集技術の確立、元素戦略に立脚した高性能触媒の開発、CO2 の低コスト分離・回収、廃棄、資源化である。これらの中で計算科学に具体的に求められていることは、ハイドレート分解の律速過程の解明とその消去法の提案、メタン/CO2 の高効率変換の可能性の検証であり、CO2 還元を実現する高機能触媒の提案、低コストで CO2 回収を実現するアミン系吸収剤の設計、また MOF など新規吸収媒体の提案である。これには、多相共存シミュレータ、触媒反応経路探索シミュレータ、凝縮相内化学反応シミュレータの開発を要し、これらを用いた大規模計算に基づいて上述の課題解決に向けた提案、設計・開発指針の提示を行い、メタンハイドレートの資源化、CO2 の低コスト分離・回収、廃棄、資源化を分子技術、元素戦略の実験研究者とともに実現する。
このような技術は単にエネルギー問題に限られることなく広く応用され、我が国の産業の革新的発展に大きく貢献することが期待されるが、同時に基礎科学分野においても大きなブレークスルーをもたらすものである。
本課題の成功は、自動車産業、化学産業、電機産業等に極めて大きな波及効果をもたらすことが期待される。たとえば低コスト高性能電気自動車や燃料電池車は、自動車メーカーが激烈な国際競争の別添 2-9

下に開発を進めており、この分野で市場を制することは我が国に計り知れない利益をもたらす。中核技術となる電池本体の中でも特に新規材料の開発がその鍵を握っており、産業界や実験研究者と手を携えた計算科学研究が大きな変革をもたらす。また、たとえば人工光合成系の研究においては、酸素発生を促す物質の電子状態に加えて、それを制御する周辺環境との相関が最も重要となる。この複合現象の解明は、新エネルギー創成の出発点となるものであり、今後 20 年の研究の方向性を決定するな
ど、我が国の産業・経済への大きな波及効果が期待される。
また、本課題では孤立系や部分系における単一現象の科学から脱却し、現実系である界面、不均一性を有する電子、分子の複合現象を統合的に捉え得る新しい学術的視点を確立することができ、科学的にも大きな革新をもたらすことが期待される。
本課題において開発した高精度量子化学計算、大規模第一原理計算、超大規模分子動力学計算などの方法論、アプリケーションは化学、物理、材料、生物分野等に適用できるものであり、エネルギー問題に限ることなく、広く他分野での展開も予想され、研究ツールとして重点課題 1、６、７等へ提供する。
開発アプリケーションは、ポスト「京」に限ることなく情報基盤センターや共同利用研等のインフラにおいても効率的に稼働するよう設計、開発し、またスーパーコンピューティング技術産業応用協議会等と連携して、産業利用を念頭に置いて使い勝手のよいアプリケーションとなるよう開発する。これにより、既存のスーパーコン
ピュータはもちろんのこと、企業内のシステムにおいても広く展開、利用されることが期待できる。また、開発したシミュレータは、スーパーコンピューティング技術産業応用協議会ならびに重点課題６、７等と連携し、産業界での利用促進、普及を図る。
（５）機械学習やデータサイエンスの技術活用の検討
本重点課題では、｢複雑で複合的な分子・物質過程に対する電子・分子レベルでの全系シミュレーション｣に基づきエネルギーの基盤技術を研究開発している。即ち、研究対象となる物質は無限に存在する。限られた時間・計算機資源の中で、研究成果を最大化するためには、機械学習やデータサイエンスの活用はきわめて重要である。本重点課題ではポスト｢京｣に向けたシミュレータ開発に注力しているところではあるが、課題参加者においては、他プロジェクト等も含め機械学習やデータサイエンスの技術活用に関し、既に以下のような研究を推進している。
・スーパーコンピュータを利用したハイスループット・コンピューティングに基づいたマテリアルズ・インフォマティクスによる太陽電池と半導体光触媒の新材料設計（理研 R-CCS 中嶋）・機械学習による最適な太陽電池材料と半導体光触媒材料のシミュレーション設計に向けたデータベー
ス作成（理研 R-CCS 中嶋）
・ハイスループット第一原理 MD 計算による構造—物性相関のデータベース化（物材機構 館山）
・電解液・界面被膜トラジェクトリのパーシステントダイアグラム解析（物材機構 館山）
・高分子破壊標準データベースプロトタイプの構築（名大 岡崎）・粒子間相互作用パラメータの最適化による、より正確な物性予測の可能性追求（岡山大 田中）・機械学習と反応経路地図を活用した吸着・触媒活性の評価・解析（北大 武次）
・機械学習と反応経路地図を利用した化学反応 MD トラジェクトリの自動分類（北大 武次）
・DFTB 計算パラメータ開発で群知能の一つである粒子群最適化法を用いた最適解の探索（早大 中井）
これらの研究を活かし、機械学習やデータサイエンスの技術活用を検討する。物質予測に向けた研究にはスーパーコンピューターと人工知能を合わせた活動が重要であり、エネルギー変換・エネルギー貯蔵・物

別添 2-10

質変換に向けた材料探索のためのインフォマティクス活用ワーキンググループ（責任者：館山佳尚・物材機構）を設置し、エネルギー問題への積極的活用の可能性を組織的に検討する。本ワーキンググループにて、
特に先行的に実施しているスーパーコンピューターと人工知能を組み合わせた研究から、本重点課題内で横断的に活用可能な事例を選定し、注力して研究を推進する。

図 1-2 インフォマティクス活用ワーキンググループ設置

別添 2-11

（６）年次計画
課題全体

中間目標（平成29年度） シミュレータの基幹機能の整備最終目標（平成31年度） シミュレーション技術の確立と実証と先行的成果の創出

サブ課題名（分担機関・責任者）

調査研究・準備研究フェーズ
平成26年度

サブ課題Ａ

平成27年度(目標)(目標)
新エネルギー源の シミュレータと シミュレータ開創出・確保 — 太陽 研 究 体 制 の 明 確 発
光エネルギー
化（神戸大学・天能精一郎）(実施内容)(実施内容)
・ 光 合 成 用 の 強 【人工光合成】
相 関 電 子 状 態 ソ ・GELLAN
ルバ（３種類）の 強相関ソルバPHF
仕 様 と 大 規 模 法の開発(二次収DFT・TDDFT法の並 束SUHF法、エネル
列化規格決定ギー勾配法）

本格実施フェーズ
平成28年度

平成29年度(目標)
シミュレータ開発継続と予備検証(目標)
シミュレータ開発継続と早期成
果創出

(目標)
(目標)
シミュレータ開 シミュレータの発 継 続 と 早 期 成 検証
果創出

(実施内容)【人工光合成】
・GELLAN
強相関ソルバPHF
法の開発継続(二次収束SUHF法、エネルギー勾配法)(実施内容)【人工光合成】
・GELLAN
強相関ソルバPHF
法(二次収束SUHF
法、エネルギー勾配法)構造最適化法の開発(実施内容)【人工光合成】
・GELLANエンベッディン
グ法への拡張、PHF 法 ( 二 次 収 束
SUHF法、エネルギ
ー勾配法)の高度化

・実験や企業との連携の組織化

平成30年度

平成31年度(実施内容)【共通】
各種手法の最終調整。光合成と太陽電池系に関する大規模実証計算。高性能アプリ
を用いた、ポスト「京」供用開始前の試用

・強相関ソルバ ・強相関ソルバ ・強相関ソルバ
ポストPHF法
ポストPHF法
ポ ス ト P H F 法 【人工光合成】( ス ピ ン 拡 張 理 ( ス ピ ン 拡 張 理 ( ス ピ ン 拡 張 理 ・GELLAN論)の開発
論)の高度化論)の高度化・ PHF法(二 次 収
束SUHF法、エネル
・ モ デ ル 空 間 量 ・ モ デ ル 空 間 量 ・ モ デ ル 空 間 量 ギー勾配法)の高子 モ ン テ カ ル ロ 子 モ ン テ カ ル ロ 子 モ ン テ カ ル ロ 度化、強相関ソル(MSQMC)法の開発 (MSQMC)法の開発 (MSQMC)法の高度 バ ポストPHF法
化(スピン拡張理・ マ ン ガ ン ク ラ ・ マ ン ガ ン ク ラ ・ 多 核 遷 移 金 属 ・ 多 核 遷 移 金 属 論)の高度化
スタのスピン状 スタのスピン状 錯体触媒への応 錯体触媒の計算
態の検証
態の検証
用
実証、応用
・多核遷移金属
錯体触媒の計算実証、応用
別添 2-12・光合成シミュ ・水分解光触媒 ・水分解光触媒
レータを用いた 材料のクラスタ 材料の大規模励
新 規 光 触 媒 設 計 ーモデルの構築
起状態計算に向けたクラス
ターモデルの構築・水分解光触媒
材料の光励起キ
ャリアの緩和過程の解明【太陽電池】
・NTChem
大規模DFTの開発【太陽電池】
・NTChem
大規模DFTの開発
継続、 TDDFTを検討【太陽電池】
・NTChem
メモリ分割版DFT
プログラムの開発、大規模TDDFTの開発【太陽電池】
・NTChem
メモリ分割版
TDDFTプログラムの開発【太陽電池】
・NTChem
メモリ分割版
TDDFTプログラムの完成・整備・高度化

・励起状態ダイナミックス法の理論構築とプロ
グラムの開発・励起状態ダイナミックス法の理論構築とプロ
グラムの開発・非断熱過程＋
項間交差を含む
励起状態ダイナ
ミックス法の開発・非断熱過程＋
項間交差を含む
励起状態ダイナ
ミックス法プロ
グラムの開発・非断熱過程＋
項間交差を含む
励起状態ダイナ
ミックス法プロ
グラムの開発及び高度化

・ 小 規 模 ヘ テ ロ ・ 太 陽 電 池 の 励 ・ ノ ン フ ラ ー レ ・ドナー・ノンフ ・ドナー・ノンフ
ジ ャ ン ク シ ョ ン 起状態計算検証
ンアクセプター ラーレンアクセ ラーレンアクセの検証
有機材料の探索
プター界面の大 プター界面の電規模励起状態計 荷分離過程の解算
明・有機無機ハイブリッド系のペロブスカイト太陽電池材料の発電機構の解明と非鉛化に向けた
理論材料設計

別添 2-13・ペロブスカイ
ト材料のクラス
ターモデルの構築・ペロブスカイト太陽電池材料の大規模な計算実証、励起状態計
算・ペロブスカイト太陽電池材料の発電機構の解明【共通】・モルフォロジーシミュレーショ ン の た め
MODYLAS等との連携【共通】・各種アプリケーションのアル
ゴリズムの最適化

別添 2-14

サブ課題名（分担機関・責任者）

サブ課題Ｂ

調査研究・準備研究フェーズ
平成26年度
平成27年度(目標)
エネルギーの変換・ 体制の構築
貯蔵 — 電気エネル
ギー（東京大学・杉野修）(実施内容)
・ stat-CPMD 、
MODYLASの調査的利用とその高度化に向けた調査

平成28年度

本格実施フェーズ
平成29年度
平成30年度(目標)(目標)
シミュレータ基 シミュレータ詳
本設計
細設計・開発と早期成果創出へ向けた詳細計画(目標)
シミュレータ骨
格部分の開発と早期成果創出へ向けた課題の解決(実施内容)(実施内容)(実施内容)
・ stat-CPMD 、 【二次電池】【二次電池】MODYLASの高度化 ・stat-CPMDの電 ・stat-CPMDの大の調査・検討子 状 態 計 算 カ ー 規模計算・酸化還ネルの高度化
元反応計算に向けた高度化・実験家や産業 ・全系シミュー
界 を ま じ え た 研 ションの調査・検 ・ リ チ ウ ム イ オ ・ リ チ ウ ム イ オ
究体制の構築討
ン電池界面被膜・ ン 電 池 界 面 被 膜
新 規 電 解 液 の 特 解析・次世代電池性計算の電極材料探索平成31年度(目標)
シミュレータ高度化と早期成果創出(目標)
シミュレータ検証と早期成果創出(実施内容)【二次電池】
・stat-CPMDのポスト「京」アーキ
テクチャに向け
た拡張(実施内容)【二次電池】
・stat-CPMDのポスト「京」アーキ
テクチャでの化
学反応計算検証・次世代電池界 ・次々世代電池
面被膜・新規電解 ま で 含 め た 新 規
液の特性計算
電池材料設計・力場計算連携
解析・材料相関の機械学習解析

・RedMoon（混合MC/MD反応法）の京上での動作、10万原子規模実現と多様な酸化還元反応や重合反応の機能実装・RedMoon高並列 ・RedMoon電位制MDソルバー連携、 御 な ど 機 能 高 度
高 速 化 、 高 並 列 化継続、100万原
化、電位制御など 子 規 模 に 向 け て
機能高度化着手、 拡大へ着手
数十万原子規模
拡大へ着手

・RedMoon電位制
御や物性推算機能などの高度化
実装、100万原子
規模実現

・負極-電解液界面での SEI 膜形
成シミュレーション（10 万原子・複雑な電極モ
デルを用いた数
十万原子規模のS
EI膜形成シミュ・SEI膜形成シミュレーションによるSEI膜の輸送特性の理論予測別添 2-15・電極-電解液界面における被覆
膜形成等の生成機構の解明

規模）により滑らかな SEI 膜形成に添加物が有効であることが判明

レーションに着手【燃料電池】【燃料電池】
・STATE：固体電 ・STATE：電極計
子 論 と 溶 液 理 論 算の高度化に基づく電極計
算の試作【燃料電池】
・STATE：個体電子論と溶液理論
を組み合わせたアプリ（高度化されたアプリ）の開発【燃料電池】
・STATE：高度化されたアプリの確立

・白金電極の電 ・電流電圧曲線 ・高度化された ・電流電圧曲線
流電圧曲線の予 の計算の精度向 アプリを用いた の計算予測手法
備計算に着手上に着手
シ ミ ュ レ ー シ ョ の確立
ンによるCV実験の再現
・白金代替電極 ・活性の不純物 ・様々な酸化物 ・酸化物電極の物 質 の 活 性 化 機 依存性の予測電極を用いた高 高活性化のため構の予測に着手
活 性 化 の 指 針 の の理論の構築
獲得
・高度化された ・高度化された
アプリの白金代 アプリの白金代替電極への適用
替電極への適用と高活性化指針
獲得
・ 電 解 質 膜 の モ ・MODYLAS：リフ ・MODYLAS：FMM新ル フ ォ ロ ジ ー の ァクタリング、FM 規 ア ル ゴ リ ズ ム
機構解明
M新規アルゴリズ 実装、粒子対計算
ム定式化、メニコ 新 規 通 信 方 式 の
別添 2-16

・MODYLAS：短精度・SIMD化、FMM
計算新規通信方式の実装、新規数

・MODYLAS:短精度・SIMD化、ロードインバランスの解消、通信チュ

ア(FX100,Phi)対 開発、粒子対演算 学 ア ル ゴ リ ズ ム ーニング、演算チ
応
量削減
の開発
ューニング
・MODYLAS：力学 ・MODYLAS：プロ ・MODYLAS：不均 ・MODYLAS：不均的特性評価諸機 トン移動シミュ 一環境下の物質 一環境下の物質
能、テーブルポテ レーション
輸送評価手法
輸送評価手法
ンシャルの整備
・電解質膜の乾 ・電解質膜のプ ・燃料電池三相 ・燃料電池三相
湿 サ イ ク ル に 伴 ロトン移動、ガス 界 面 物 質 輸 送 機 界 面 物 質 輸 送 機
う 膜 構 造 変 化 の 移動機構の解明
構の解明
構の解明
解明

別添 2-17

サブ課題名（分担機関・責任者）

調査研究・準備研究フェーズ
平成26年度
平成27年度

サブ課題Ｃ(目標)
エネルギー・資源の 化 学 エ ネ ル ギ ー
有効利用 - 化学エ 等 に 対 す る ア プ
ネルギー
リ仕様の検討と（岡山大学・田中秀 体制の構築樹）(実施内容)
・ポスト「京」に向けて開発すべきアプリケーションの仕様と具体的な研究開発
課題の検討、平成
27 年度以降の実施計画を策定(目標)
基盤アプリの開発への協力とそれに関連するソ
フトウェアの開発

平成28年度(目標)
基盤アプリの開発への協力と各課題に特化した
ソフトウェアの開発と一部実行

本格実施フェーズ
平成29年度
平成30年度(目標)
基盤アプリの開発への協力と各課題に特化した
ソフトウェアの開発と実行(目標)
基盤アプリと各課題に特化した
ソフトウェアの開発・実行による
化学エネルギー
有効利用に関する知見の集積平成31年度(目標)
基盤アプリと各課題に特化した
ソフトウェアの実行による化学
エネルギー有効利用の検証(実施内容)(実施内容)(実施内容)(実施内容)(実施内容)【ハイドレート】 【ハイドレート】 【ハイドレート】 【ハイドレート】 【ハイドレート】
・ メ タ ン ハ イ ド ・メタン、CO2、水 ・ 大 規 模 系 に お ・メタン、水素な ・ポスト「京」でレート生成融解 素貯蔵のための けるメタンハイ どの物質貯蔵の のハイドレート
ダイナミクスの ハイドレートの ドレート解離機 ためのハイドレ を利用したエネ
MODYLASとの連携 利 用 効 率 化 の プ 構の解明、多成分 ー ト 生 成 の シ ミ ルギー資源開拓、（水モデルTIP4P ログラム開発（安 ハ イ ド レ ー ト へ ュ レ ー シ ョ ン 法 分離・回収、貯蔵の組み込み）
定 性 基 礎 理 論 の の 安 定 性 理 論 の の確立
法への展開
展開）
応用
・蓄冷材としてのセミクラスレートについて、未解明の構造や熱力学的特性の解
析方法を開発・超音波融解シ ・超音波融解シ
ミュレーション ミュレーションの手法開発の並列計算手法開発

別添 2-18・蓄冷材として ・セミクラスレ ・セミクラスレのセミクラスレ ートの安定性の ートの安定性のートについて、未 基礎理論の構築
展開
解明の構造や熱力学的特性の解
析方法を開発・超音波融解シ
ミュレーション
の省メモリ手法
開発

・超音波融解シ
ミュレーション
の高並列時の通信時間削減

・超音波融解シ
ミュレーション
の超高並列に向けた計算負荷分散向上、高度化・ ハ イ ド レ ー ト ・ ハ イ ド レ ー ト ・CO2 置換機構の ・ セ ミ ク ラ ス レ
融解機構の解明
成長機構の解明
解明
ートの安定性の予測と蓄冷材の効率予測

・セミクラスレートの生成融解機構速度と機構の解明【触媒】
・担持金属ナノクラスター触媒の反応機構検討【触媒】
・反応経路自動探索法の燃料電
池非白金系触媒への適用【触媒】
・反応経路自動探索法のCO2 固定
触媒についての検証

・GRRMとSMASH・ ・GRRMとSMASH・
NTChemを連携し、 NTChem を 連 携 し｢京｣での反応経 た反応経路探索
路 探 索 計 算 を 実 計算の効率化、高現度化

・GRRMとSMASH・
NTChem を 連 携 した反応経路探索
計算の効率化、高度化【触媒】
・反応経路自動探索法と超並列
電子状態プログ
ラムの連結（GRRMとSMASHの連結）【触媒】
・反応経路自動探索法による重要触媒反応の機構解明法の検討

・非白金燃料電池触媒BN/Auの高機能化を実験グ
ループと連携して実現

・金属ナノクラ ・非白金燃料電
ス タ ー に よ る 触 池触媒BN/Auの更媒 反 応 の 自 動 経 なる高機能化
路探索を行い、ク
ラスター構造変化の効果について知見を獲得【CO 2 の分離・回
収】
・DC-DFTB-Kの高度化準備とCO 2 吸収反応に対する
温度依存性の検証【CO 2 の分離・回
収】
・DC-DFTB-Kの高度化とCO 2 吸収反応に対するアミン種、濃度依存性の検証

別添 2-19【CO 2 の分離・回
収】
・NTChemへの線
形スケーリング理論、凝縮相内高精度熱力学量計算の導入と混合アミン溶液の配・非白金燃料電 ・非白金燃料電池触媒BN/Auの更 池触媒BN/Auの更なる高機能化なる高機能化・CO2 有効資源化 ・CO2 有効資源化
触媒の機構解明
触媒の機構解明と探索【CO 2 の分離・回
収】
・NTChemの高速化、DC-DFTB-Kとの連結とCO 2 吸収反応に対する反応自由エネルギ
ー図の作成【CO 2 の分離・回
収】
・ポスト「京」に向けた凝縮相内
化学反応シミュレータの最終調
整と新規アミンの提案、その効率

合比に対する反
応性の解析

の検討

・電荷間相互作 ・電荷間相互作 ・自由エネルギ ・自由エネルギ
用計算の効率化
用計算の効率化ー計算手法の導 ー計算のサンプ
入、領域分割法に リングの並列化
よる高速化
・動的フラグメ ・動的フラグメ
ント分割計算の ント分割計算の効率化、高度化
効率化、高度化・金属元素に対 ・金属元素に対 ・金属元素に対す る DFTB計 算 パ す る DFTB計 算 パ す る DFTB計 算 パ
ラメータの開発
ラメータの開発
ラメータの開発・ 塩 基 性 水 溶 液 ・力場（DFTBパラ ・力場（DFTBパラの 基 礎 的 性 質 の メータ）の拡張を メータ）の拡張を評価実施して、幅広い 実施して、幅広い
アミン溶液やMOF アミン溶液やMOFなどの多孔質材 などの多孔質材
料の吸収性能に 料の吸収性能に対する基礎的知 対する基礎的知
見を獲得
見を獲得

別添 2-20・CO 2 吸収反応の ・CO 2 吸収反応の
アミン種配合比 自由エネルギー依存性の検討
地形解析、金属種
依存性の検討・多孔質材料によるCO 2 分離・回収過程の検討（７）実施体制
重点課題の全体推進体制を図 1−3 に示す。分子科学研究所を代表機関（重点課題責任者：岡崎進・
分子研）とし、サブ課題 A「新エネルギー源の創出・確保 － 太陽光エネルギー」（責任者：天能精一郎・神戸大）、サブ課題 B「エネルギーの変換・貯蔵 － 電気エネルギー」（責任者：杉野修・東大物性研）、サブ課題 C「エネルギー・資源の有効利用 － 化学エネルギー」（責任者：田中秀樹・岡山大）の小委員会と基盤アプリ設計開発委員会（責任者：中嶋隆人・理研 R-CCS）から成る。代表機関は「HPCI戦略プログラム分野 2（新物質・エネルギー創成）」における分子科学分野の戦略機関であり、各責任者は「京」を用いた重点課題で高い実績を有している分子科学と物性科学の研究者から選定した。
サブ課題Ａは天能（神戸大）が光合成シミュレータ、中嶋（理研）が太陽電池シミュレータの開発を行い、山下（京大）が光触媒や有機薄膜太陽電池における実証研究を主として行う。サブ課題 B では、館山（物材機構）と岡崎（名大）、長岡（名大）が二次電池シミュレーションを、杉野（東大）と岡崎（名大）が燃料電池シミュレーションを主として担当する。サブ課題 C では、田中（岡山大）と奥村（分子研）がハイドレートによるメタン生成やメタンや水素貯蔵の効率化を、触媒を武次（北大）、
CO2 分離・回収を中井（早大）が担当する。アプリケーション開発については、サブ課題とは独立の基盤アプリ設計開発委員会が推進を行う。既に「京」で実績を有する NTChem（理研）、GELLAN（神戸大）、
MODYLAS（名大）、stat-CPMD（物材機構）をポスト「京」における基盤アプリに設定し、ポスト「京」の開発主体である理研 R-CCS とのコデザインによる連携のもとで開発を進める。サブ課題間で情報共有、連携して開発・利用するとともに、神戸大や理研、情報基盤センターに所属する計算機科学者と連携して効果的な開発を進める。

図 1-3 推進体制 実験、産業と連携したオールジャパンで研究を推進

別添 2-21

運営体制は図 1−4 及び表 1-2 の通りである。前述の研究部門に加え、広報、産業連携、分野間連携を担う執行部門を運営委員会の下に置く。運営委員会は必要に応じて当該分野の有識者から成る諮問委員会に諮問し重点課題の運営を推進する。
本重点課題は、他のポスト「京」重点課題、大型プロジェクト、実験・大型施設、産業との連携体制を構築している（図 1−5）
。ポスト「京」のコデザインでは、重点課題１、６、７の SubWG への参画を行う事により、アプリケーション高度化の情報を共有すると共に、類似計算手法を含む推進体制で相乗効果を図っている。重点課題の多くの分担者は、ImPACT（タフポリマー：東大）、CREST（相界面、分子技術、元素戦略）、元素戦略（触媒･電池：京大 ESICB）などの大型プロジェクトを推進しており、エネルギー関連の情報共有による緊密な連携の下で推進を行う。又、企業との連携によるプロトタイ
ピングや NEDO, ARPChem, JST-ALCA との連携体制の構築が進んでいる。協力する実験研究者は SPring8、検討中の SACLA、J-PARC 等の大型実験施設を利用しており、成果創出に向けて協調した開発体制となっている。更に、スーパーコンピューティング技術産業応用協議会に協力し、開発されるアプリケ
ーションの産業利用の観点から産業連携を進めて行く。
重点課題内での連携を図 1−6 に示す。アプリケーションソフトウエア、触媒、CO2 固定を中心に各サ
ブ課題と基盤アプリ設計開発が有機的な協力を可能にする。
重点課題推進においては、計算技術と応用分野における高い専門性から、業務委託に依らない博士
人材の登用が不可欠である(表 1-3)。必要な人員の根拠については、２章で各サブ課題の詳細を記載している。本重点課題では、①アプリケーションの産業利用と、計算により方向付けられる製品化に伴う産学連携と委託、②外国人博士研究員の登用と国際連携によって、現代のアカデミアの情勢に則したキャリア支援を可能にする人材登用に配慮する。

図 1-4 運営体制

別添 2-22図 1-5 研究開発における連携について

図 1-6 重点課題５内連携

別添 2-23

【開発アプリ普及、人材育成】
主として HPCI 戦略分野２における計算分子科学研究拠点(戦略機関 分子科学研究所、現 TCCI)活動の中でポスト「京」において重要な事業を引き継ぐ。本重点課題では、開発する基盤アプリをベースに種々のシミュレータへと展開するが、これらを普及させるため、ポスト「京」上等で利活用するア
カデミアや産業界の人材の育成、アプリケーションの普及活動を行う。
上記の目的のため、関係機関、他重点課題、他プロジェクト等と連携し、以下の取り組みを行う。
但し、実際に本重点課題に割り当てられた予算に応じて取捨選択を行う。
①基盤開発アプリ利用人材育成②基盤開発アプリのアカデミア・産業界への普及
本重点課題で開発する量子化学、分子動力学法等のアプリケーションは、特に重点課題１、５、６、７に共通の基盤として重要なため、上記事業はこれら重点課題間で連携をとって取り組む。さらに、人材育成に関しては、東北大が代表機関となって進めている「計算物質科学人材育成コンソーシアム」
事業（責任者：毛利哲夫教授、分子研責任者：斉藤真司教授）と連携し、実施する。
①基盤開発アプリ利用人材育成
基盤アプリの普及を目的とし、学生・実験研究者・企業研究者を対象として、HPCI 戦略分野２で従来実施してきたウィンターカレッジにおける分子シミュレーション、量子化学の２コースを継続的に開講することを検討する。
②基盤開発アプリのアカデミア・産業界への普及
重点課題５で開発する基盤アプリ等については、京コンピュータ、分子研計算科学研究センター、
計算科学振興財団（FOCUS）に整備し、アカデミア（京、分子研）、産業界（京、FOCUS）の利用を推進する。このため、基盤アプリ等の情報を計算科学研究センターのホームページに掲載する。特に産業利用の促進にあたっては、産応協で検討している「産業基盤ソフト」構想と連携し、産業への一層の普及を図る。このとき、FOCUS、RIST 等とも一層の連携を推進する。これに加えて、必要に応じて基盤
開発アプリを各情報基盤センターや物性研、金材研などの共同利用研計算機センター等にも提供する。

別添 2-24

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制－1
実

施 項 目

（ ）
：年齢、H31 年 4 月１日現在

代表機関・分担機関

課題責任者、サブ課題責任者、サブ課題実施者【運営委員会】
本格実施項目の検討およ 名大院・工／分子研
び承認◎岡崎 進（64）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

天能 精一郎（54）

理研・R-CCS中嶋 隆人（51）京都大学 学際融合教育研究センター

山下 晃一（66）

東大・物性研杉野 修（57）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

館山 佳尚（48）

名大院・情報長岡 正隆（60）

岡山大・異分野基礎科学研究所

田中 秀樹（63）

北大院・理武次 徹也（54）

早大・理工

中井 浩巳（54）

自然科学研究機構・分子研

奥村 久士（43）

自然科学研究機構・分子研

斉藤 真司（53）【諮問委員会】
プロジェクトの進捗状況 製品評価技術基盤機構◎辰巳 敬 (71)の把握・評価・改善提言・ 慶大院・理工○三上 益弘 (67)

指導等

首都大東京院・都市環境

金村 聖志 (61)

東理大・理

工藤 昭彦 (58)東レ

茂本 勇 (46)

慶大・理工藪下 聡 (64)

神戸大・先端融合研究環

横川 三津夫 (59)【事務局】
本格実施項目全体の原案 名大院・工／分子研作成◎岡崎 進（64）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

天能 精一郎（54）京都大学 学際融合教育研究センター

山下 晃一（66）【課題小委員会】（１）サブ課題 A

神戸大院・科学技術イノベーション研究科◎天能 精一郎（54）

理研・R-CCS中嶋 隆人（51）京都大学 学際融合教育研究センター

山下 晃一（66）

注１．◎：委員長、小委員会代表者、○：副委員長

別添 2-25

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制－2
実

施 項 目

（２）サブ課題 B（３）サブ課題 C（ ）：年齢、H31 年 4 月１日現在

代表機関・分担機関
東大・物性研【産業連携 WG】

【広報 WG】◎杉野 修（57）
館山 佳尚（48）

名大院・情報長岡 正隆（60）

名大院・工／分子研岡崎 進（64）

岡山大・異分野基礎科学研究所◎田中 秀樹（63）

北大院・理

武次 徹也（54）

早大・理工

中井 浩巳（54）

自然科学研究機構・分子研

奥村 久士（43）◎中嶋 隆人（51）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

天能 精一郎（54）

名大院・工／分子研岡崎 進（64）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

館山 佳尚（48）分子研◎斉藤 真司（53）

名大院・情報長岡 正隆（60）

北大院・理武次 徹也（54）京都大学 学際融合教育研究センター

山下 晃一（66）

名大院・工／分子研岡崎 進（64）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

館山 佳尚（48）

早大・理工中井 浩巳（54）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点◎館山 佳尚（48）京都大学 学際融合教育研究センター

山下 晃一（66）

早大・理工中井 浩巳（54）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科◎天能 精一郎（54）

理研・R-CCS中嶋 隆人（51）

自然科学研究機構・分子研

奥村 久士（43）【インフォマティクス活 物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点
用 WG】

任者、サブ課題実施者

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点（４）基盤アプリ設計開発 理研・R-CCS【分野間連携 WG】

課題責任者、サブ課題責

理研・R-CCS◎館山 佳尚（48）中嶋 隆人（51）

注１．◎：小委員会代表者または WG 責任者

別添 2-26

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制－3（ ）：年齢、H31 年 4 月１日現在
課題責任者、サブ課題責実 施 項 目代表機関・分担機関

任者、サブ課題実施者、
協力者等

北大院・理

武次 徹也（54）

早大・理工

中井 浩巳（54）【プロジェクトの総合 名大院・工／分子研◎岡崎 進（64）

的推進】【研究部門】

神戸大院・科学技術イノベーション研究科◎天能 精一郎（54）（１）サブ課題 A

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

土持 崇嗣（36）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

Xu Enhua（36）神戸大院・科学技術イノベーション研究科

西口 和孝（34）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

常田 貴夫（50）（２）サブ課題 B

理研・R-CCS○中嶋 隆人（51）

理研・R-CCS

嶺澤 範行（43）

理研・R-CCS

米原 丈博（44）

理研・R-CCS

植村 渉（33）

理研・R-CCS

川嶋 英佑（28）

岐阜大／理研・R-CCS

神谷 宗明（42）

岐阜大／理研・R-CCS

中塚 温（36）

京都大学 学際融合教育研究センター○山下 晃一（66）京都大学 学際融合教育研究センター

金子 正徳（27）

日本女子大

村岡 梓（42）

東大・物性研◎杉野 修（57）

東大・物性研春山 潤（34）

東大・物性研笠松 秀輔（32）

東大・物性研YAN, Lei (30)

東大・物性研Azhikodan Dilna (31)

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点○館山 佳尚（48）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

CHOUDHARY Ashu（34）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

JALEM Randy（36）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

GAO Xichan（31）

物材機構・統合型材料開発・情報基盤部門

袖山 慶太郎（43）注１．◎：サブ課題責任者、○：サブ課題実施者

別添 2-27

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制－4（ ）：年齢、H31 年 4 月１日現在
課題責任者、サブ課題責実 施 項 目代表機関・分担機関

任者、サブ課題実施者、協力者等（２）サブ課題 B（続名大院・情報○長岡 正隆（60）き）

名大院・情報北村 勇吉（31）

名大院・情報田中 佑一（29）

名大院・工／分子研○岡崎 進（64）

名大院・工篠田 渉（48）

名大院・工藤本 和士（34）

名大院・工吉井 範行（47）

名大院・工安藤 嘉倫（41）

名大院・工

張

名大院・工

永井 哲郎（33）

玉川大・工坂下 達哉（35）

阪大院・工森川 良忠（52）

阪大院・工濱田 幾太郎（45）

阪大院・工稲垣 耕司（54）

阪大院・工木﨑 栄年（39）

産総研・機能材料ｺﾝﾋﾟｭﾃｰｼｮﾅﾙﾃﾞｻﾞｲﾝ研究ｾﾝﾀｰ

大谷 実(47)

東北大・AIMR

赤木 和人(48)

名工大院・物質工

中山 将伸（44）

富士フィルム奥野 幸洋（48）日産アーク

大脇 創（46）

株式会社東芝塚越 隆行（32）

大阪府大院・理麻田 俊雄（52）

名大・未来材料・システム研究所

安田 耕二（50）

滋賀大・データサイエンス教育研究センター

高柳 昌芳（38）

京大・ESICB

竹中 規雄（37）

福井大院・工玉井 良則（53）

京都工芸繊維大院・工芸科学

藤原 進（52）

九州工大・情報工学院

入佐 正幸（56）

注１．◎：サブ課題責任者、○：サブ課題実施者

別添 2-28

家超（31）

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制－5（ ）：年齢、H31 年 4 月１日現在
課題責任者、サブ課題責研 究 項 目代表機関、分担機関、協力機関

任者、サブ課題実施者、協力者等（２）サブ課題 B（続トヨタ自動車株式会社

菅 義訓（50）き）

トヨタ自動車株式会社

高橋 伸彬（36）トヨタ自動車株式会社

木村 将之（32）トヨタ自動車株式会社

石倉 舞子（29）（３）サブ課題 C

岡山大・異分野基礎科学研究所◎田中 秀樹（63）岡山大・異分野基礎科学研究所

松本 正和（50）

岡山大・異分野基礎科学研究所

矢ヶ崎 琢磨（40）

北大院・理○武次 徹也（54）

北大院・理前田 理（39）

北大院・理

小林 正人（38）

北大院・理

岩佐 豪（37）

北大院・理

高

北大院・理

小野 ゆり子（45）

北大・触媒科学研究所

長谷川 淳也（48）東京大学大学院工学系研究科

中山 哲（45）

首都大学東京・都市教養学部

中谷 直輝（36）

敏（32）

早大・理工

○中井 浩巳（54）

早大・理工吉川 武司（35）

早大・理工

西村 好史（33）

早大・理工

周

建斌（34）

自然科学研究機構・分子研○奥村 久士（43）

自然科学研究機構・分子研伊藤 暁（41）

産総研・機能材料ｺﾝﾋﾟｭﾃｰｼｮﾅﾙﾃﾞｻﾞｲﾝ研究ｾﾝﾀｰ

浅井 美博（59）

産総研・機能材料ｺﾝﾋﾟｭﾃｰｼｮﾅﾙﾃﾞｻﾞｲﾝ研究ｾﾝﾀｰ

石田 豊和（48）

注１．◎：サブ課題責任者、○：サブ課題実施者

別添 2-29

表 1-2 平成 31 年度以降の実施体制－6（ ）：年齢、H31 年 4 月１日現在
課題責任者、サブ課題責研 究 項 目代表機関、分担機関、協力機関

任者、サブ課題実施者、協力者等（4）基盤アプリ設計

理研・R-CCS◎中嶋 隆人（51）開発

岐阜大／理研・R-CCS

中塚 温（36）

神戸大院・科学技術イノベーション研究科

天能 精一郎（54）

名大院・工／分子研岡崎 進（64）

物材機構・エネルギー・環境材料研究拠点

館山 佳尚（48）

東大・物性研杉野 修（57）

産総研・機能材料ｺﾝﾋﾟｭﾃｰｼｮﾅﾙﾃﾞｻﾞｲﾝ研究ｾﾝﾀｰ

大谷 実(47)

東北大・AIMR

赤木 和人(48)

物材機構・情報統合型物質・材料研究拠点

袖山 慶太郎（43）

名工大院・物質工

中山 将伸（44）

阪大院・工森川 良忠（52）

阪大院・工濱田 幾太郎（45）

阪大院・工稲垣 耕司（54）

富士フィルム奥野 幸洋（48）日産アーク

大脇 創（46）

慶大・理工

泰岡 顕治（52）

電通大・情報理工成見 哲（48）

金沢大院・自然科学

長尾 秀実（56）

金沢大院・自然科学

川口 一朋（38）大阪府大院・理麻田 俊雄（52）

名大・未来材料・システム研究所

安田 耕二（50）

注１．◎：サブ課題責任者、○：サブ課題実施者

別添 2-30

表 1-3 人員計画－1
サブ課題Ａ
No.

H30

H31

主な

分担内容

役割
1
2
3

１
１
１

１
１
１

ソフト

光合成シミュレータの開発と高度化（PHF 法とそのエネルギー勾配

開発

法）

ソフト

光合成シミュレータの開発と高度化（量子モンテカルロ法とそのエ開発

ネルギー勾配法）

応用計

光合成シミュレータによる新規光触媒の物質設計

算
4
5
6
7
計

１
１
１
１
7

１
１
１
１

ソフト

太陽電池シミュレータの開発と高度化（特に高精度な励起状態の計

開発

算手法）

ソフト

太陽電池シミュレータの開発と高度化（特に大規模な分子系に対し

開発

励起状態を取り扱う計算法）

ソフト

太陽電池シミュレータの開発と高度化（特に非断熱過程を含む励起開発

状態ダイナミクスの手法とそのプログラム）

ソフト

太陽電池シミュレータの開発と高度化（特に非断熱過程を含む励起開発

状態ダイナミクスとそのための密度汎関数法の改良）

主な

分担内容

7

サブ課題Ｂ
No.

H30

H31

役割
1
2
3

1
1
1

1
1
1

ソフト

全電池シミュレータ（stat-CPMD）の二次電池系への応用の推進（次開発

世代電池界面被膜・新規電解液の特性計算）

応用

全電池シミュレータ（stat-CPMD）の二次電池系への応用の推進（力計算

場計算連携解析・材料相関の機械学習解析）

応用計

高度化されたアプリを用いたシミュレーションによる CV 実験の再現

算
4

1

1

応用計

様々な酸化物電極を用いた高活性化の指針獲得

算
5

1

1

応用計

高度化されたアプリの白金代替電極への適用

算
6
7

1
1

1
1

ソフト

全電池シミュレータの開発と高度化（Red Moon 法プログラムの電位開発

制御等の高度化

応用計

全電池シミュレータ(RedMoon)の二次電池系への応用推進（電極-電算

解液界面における被覆膜等の生成機構の解明）

別添 2-31

8

1

1

ソフト

MODYLAS：FMM 新規並列アルゴリズムの実装

開発
9

1

1

ソフト

MODYLAS：FMM 新規数学アルゴリズムの開発

開発
10

1

1

ソフト

MODYLAS：演算の単精度化、SIMD 最適化

開発
11

1

1

応用

全電池シミュレータ（MODYLAS)の三相界面における実証

計算
計

11

11

サブ課題Ｃ
No.

H30

H31

主な

分担内容

役割
1
2
3
4

1
1
1
1

1
1
1
1

応用計

MODYLAS を用いてセミクラスレートを含む多成分ハイドレートの MD

算

シミュレーションにおける実証

ソフト

量子・古典混合(QM/MM)分子動力学シミュレーションを行うための高開発

速量子化学計算のソフト開発

ソフト

反応経路自動探索法＋NTChem をベースにした触媒反応経路探索プロ

開発

グラムの開発ソフト

凝縮相内化学反応シミュレータの開発と CO2 化学吸収液の最適化

開発
5

1

1

ソフト

DFTB パラメータの開発と MOF－CO2 系への応用

開発
計

5

5

別添 2-32

表 1-3 人員計画－2
まとめ
グループ

職種

H30

H31

累計

サブ課題 A

事業担当職員

7

7

14

11

11

22

5

5

10

事業担当職員

1

1

2

補助者

3

3

6

事業担当職員

24

24

48

補助者

3

3

6

（PD など）サブ課題 B

事業担当職員（PD など）サブ課題 C

事業担当職員（PD など）事務局
合計

別添 2-33

（８）必要計算資源「京」の計算資源量
必要計算資源量（単位：ノード時間/年、H31 年度のみノード時間/4 ヶ月）
H27 年度

H28 年度

H29 年度

H30 年度

H31 年度

1,806,531

19,345,320

19,345,320

19,345,320

6,335,883※配分値「京」以外の計算資源量（単位：「京」換算ノード時間/年）
H27 年度

必要計算資源量

684,000

H28 年度

H29 年度

H30 年度

H31 年度7,800,000

8,025,000

7,660,635

7,886,535※H31 年度は配分値「京」について、H27 年度は下期（6 ケ月）だけであり、基盤アプリの開発・実証トライアルに 250,000
ノード時間 x 4 本、その他のアプリ開発・準備研究に 200,000 ノード時間 x 6 件と見積もった(配分
値:1,806,531 ノード時間)。H28 年度は、当初、申請時の計算資源量と同等と見込んだが、予算値の確定により実施内容の見直しを行った結果、「京」で必要な計算資源量は 27,000,000 ノード時間となった(配分値:19,345,320 ノード時間)。H29 年度以降については、この見積値を採用した。
「京」以外については、シミュレータ等開発のための利用、あるいは「京」の実行準備として利用することと、「京」のような大規模実行は可能性が低いことから、「京」よりも低めに計画している。前述の見直しに併せて「京」以外の計算資源量も計画の見直しを行い、H29 年度、H30 年度と先行的成果のための計算が増えることを考慮した。利用する計算センターは、名古屋大学情報基盤センターと、H28 年度から
は分子研計算科学研究センターを予定している。但し、H30 年度以降は、「京」の運用状況により、大幅な増加が必要となる可能性がある。

別添 2-34

2．研究開発内容詳細
2-1. サブ課題 A

新エネルギー源の創出・確保—

太陽光エネルギー（１）目的・意義
太陽光を利用して高効率エネルギー変換を行うための理論的研究を行う。対象を光合成系と有機系太陽電池とし、前者では、植物の光合成における明反応の仕組みを電子状態計算により明らかにし、人工光合成系の設計指針への可能性を探ると共に、金属錯体や半導体光触媒での水分解反応機構に関する基礎研究を行う。また、有機薄膜太陽電池の高効率化に向けて、分子設計とモルフォロジーや界面の制御に関する理論研究を行う。得られた知見をもとに、エネルギー変換効率の高い有機系太陽電池や人工光合成を実現するための新規エネルギー材料をシミュレーションと実験の共同研究により見出し、資源問題の解決に貢献する。
石油を輸入に頼る我が国では、それに代替する化学原料の確保が重要な課題である。太陽光によって水分解を行う人工光合成では、水素燃料の利用や CO2 との合成触媒反応による化学品の製造が期待され、実用化に向けた研究開発が国プロとして進められている。その一方で、高効率の水分解を実現する光触媒の開発には未解決な要因が多く、計算科学的なアプローチを援用した集約的な開発が必要である。本
研究項目では、主に階層的量子化学プログラム GELLAN をベースとした光合成シミュレータを開発し、ポスト「京」の十分な活用を可能にする基盤技術の整備を行う。更に、開発されたアプリケーションを用いて、半導体光触媒や植物を模した多核金属錯体の反応メカニズムの解明を行い、高効率の光触媒設計の明確な指針を示す。

図 2-1-1 有 機 太 陽 電 池 の ド ナ
ー・アクセプター界面

一方、太陽光発電は太陽電池を用いて光起電力効果を利用し、太陽光エネルギーを電気エネルギーへ
直接変換できる発電方式であり、無尽蔵にある太陽エネルギーの有効利用として、再生可能エネルギー
創生の要である。
太陽電池は光吸収材料あるいはデバイス形態などにより、多くの種類に分類されるが、光吸収層に有機化合物を用いた有機太陽電池は、軽量、フレキシブルで意匠性が高く、塗布プロセスにより安価に製造することができる事から、次世代太陽電池の主流になると期待され、現在世界中で活発な研究開発競争が行われている。本課題では、有機太陽電池における光エネルギー変換の高効率化を目指し、NTChem を中心とした太陽電池シミュレータを開発することにより、太陽光により生成したエキシトン（クーロン相互作用した電子－正孔対）の有機電子供与体（ドナー材料）
・有機電子受容体（アクセ
別添 2-35

プター材料）界面（図 2−1−1）での電荷分離過程を高効率に起こす有機物材料を探索する。またドナー・アクセプター活性層界面のモルフォロジーについて、高効率化に有効なバルク構造の実現プロセスを分子論的に明らかにする。
（２）実施内容
研究項目１

人工光合成

沈・神谷らにより光化学系 II(PSII)の酸素発生中心であるマンガンクラスタの高分解能 X 線構造が明らかにされ（図 2−1−2）、植物を模した人工光合成系の開発や類似の錯体構造を持つ活性中心のデザインが期待されている。鉄やマンガンから成る多核金属錯体の複雑なスピン状態や水分解反応を詳細に研究するためには、強い電子相関を定量的に取り扱う必要がある。これを実現するために、モデル空間量子
モンテカルロ法とスピンプロジェクションの手法の主に二つの強相関ソルバからなる光合成シミュレー
タの開発を行う。励起状態に対するエネルギー勾配法を整備し、電荷分離や反応中間体の構造を特定する。ESR や EDNMR スペクトルをプローブとすることによりモデルの検証を行うとともに、ルテニウム錯体や半導体光触媒表面での反応についても理論的な知見を集め、有効な人工光合成系の設計に必要な条件を集約的に研究する。

図 2-1-2

高分解 X 線スペクトルで得られた PSII の構造

天然光合成系については、実験研究と連携してシミュレーション研究を実行し、太陽光を用いた水分解反応のメカニズムと研究成果の人工光合成への展開を目的とした実験−理論の相互協力研究を先行成果として実施する。
シミュレーションの有用性は XRD や XFEL の分解能では不可能な水素原子の位置を含む構造最適化が可能であるのみならず、水分解反応の遷移状態の構造解明、さらには反応で生成するプ
ロトン−電子結合輸送反応のダイナミクスの解明など実験的研究が困難な問題を解明しうるところにある。本研究では特に、大規模分子計算を可能にする NTChem と十分な計算資源を使うことで、未だ議論の余地が残されている光合成水分解サイトの構造決定を行う。水分解反応は Kok サイクルと呼ばれる 5 段
階の触媒サイクルで進行する（図 2−1−3）。沈・神谷らの XRD 構造は S1 状態と称される最も安定状態で観測されたものであるが、現在 X 線損傷の程度が問題になっており、その心配のない XFEL 実験による精密化が進行中である。一方、S0、S1、S2、S3 状態における水分解触媒サイト CaMn4O5 クラスターの Mn−Mn
距離、Ca−Mn 距離は EXAFS による実測値が報告されているが、S1 以外の状態の XRD、XFEL の実験値は未

別添 2-36

だ報告されていない。そこで、本研究ではこれらの状態に対し可能な構造を大規模 QM/MM 法を使い、構造計算、電子状態解析計算、スピン状態解析計算により解明する。

図 2-1-3

酸素発生中心(OEC)の構造と Kok サイクル

更に、太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する光触媒に関しても材料設計を行う。特に水直接分解により水素と酸素の発生を担う光触媒材料について、従来よりも長波長の光を吸収する光触媒材料を探索する。
無機化合物あるいはそれらを種々に組み合わせた固溶体を大規模クラスターでモデル化し、時間依存密度汎関数法計算によりバンドギャップの理論的予測を行う。さらに異種元素ドープなどにより、バンドギャップ、水の酸化還元準位とのバンドアライメントの最適化を行う。光合成シミュレータを用いた新規光触媒設計と助触媒の最適化の応用研究を行う。
強相関ソルバを含む人工光合成シミュレータの開発、新規光触媒設計等は神戸大（天能）、PSII の研
究は理研（中嶋）、半導体光触媒の材料設計は京大（山下）が主に行う。
研究項目２

太陽電池

有機太陽電池では、まず①太陽光によって、②有機電子供与体でエキシトンが生成し、③有限の寿命
で相界面を拡散し、④ドナー・アクセプター異種界面で電荷分離し、⑤電荷移動（キャリア輸送）される。光照射時に両端子を解放した場合の出力電圧を開放電圧 VOC、短絡した場合の電琉を短絡電流 ISC、最大出力と VOC・ISC の比を FF とすると、変換効率は VOC・ISC・FF を入射光エネルギーで割ることにより与えられる。単結晶シリコンでは 30%に迫るデータもあるが、現在、最も効率の高い有機太陽電池でも12%であり、実用化に向けて、変換効率の向上が急務である。
高効率の太陽電池を実現するには、開放電圧や短絡電流の向上のために電荷再結合等の損失要因を取り除く必要があり、分子設計と界面・モルフォロジー制御による統合的な物質デザインが要求される。
有機系を中心にスピン制御や熱電変換機構に基づく高効率太陽電池を実現するための大規模電子状態シミュレータの開発をおこない、１万原子規模からなるヘテロ接合界面の励起状態・電荷分離状態の研究を行う。さらに、10 万原子規模の動力学シミュレーションに基づくバルク接合とメソスコピックな構造
形成・冷却過程の研究を行い、太陽電池に関わる重要な問題の解決を図る。

別添 2-37

図 2-1-4

有機太陽電池のドナー・アクセプ

ター界面のモデル

高い変換効率を有する太陽電池材料のシミュレーション設計を実現するために、NTChem を中心に備えることで太陽電池シミュレータを開発する。具体的には、数千～1 万原子規模の大規模分子系であるドナー・アクセプター界面（図 2−1−4）での電荷分離状態をシミュレーションするため、励起状態における電子状態計算を可能にする時間依存密度汎関数法に対してメモリ分割を施した効率の良い並列アルゴ
リズムを開発し、そのプログラムを実装する。加えて、より大規模なドナー・アクセプター界面での電
荷移動・電荷分離過程をシミュレーションするため、大規模な分子系を領域分割して選択的に励起状態を取り扱う計算法を新たに開発し、シミュレータに実装する。現状の時間依存密度汎関数法計算で用いられている交換相関汎関数では有機系太陽電池のエネルギー変換機構においてもっとも重要な過程だと考えられる電荷移動状態を正確に記述することが難しいため、電荷移動状態を正確に表現することができる新たな交換相関汎関数の開発も同時に行う。有機系太陽電池のエネルギー変換機構を確立するため、開発した励起電子状態計算法に基づいて電子移動カップリングを見積もる手法および、非断熱過程を含
む励起状態ダイナミクスの手法とそのプログラムを開発し、太陽電池シミュレータに実装する。
有機太陽電池の変換効率が低い原因として、まず有機物材料の誘電率が小さく、光吸収により生成した電子―正孔対がドナー・アクセプター材料界面へ拡散する過程で容易に再結合することが上げられる。
さらに界面での電荷移動状態の再結合(Geminate Recombination)や電荷分離後の自由な電子と正孔の再結合(Bimolecular Recombination)が変換効率を下げる主要な素過程として考えられる。これらの要素を種々のドナー・アクセプター界面について解析し、変換効率との相関を明らかにする。VOC がドナー材料の HOMO とアクセプター材料の LUMO の軌道エネルギー差に相関することから、これまで計算化学に基づいた有機分子材料設計が行われてきたが、変換効率の理論的限界は 10 数%と予測され、実用化のめどとされる変換効率 15%に向けては、ISC を飛躍的に増加させる有機物材料設計指針が不可欠である。ISC は有機電子供与体・有機電子受容体の相互作用と光誘起による電子物性に強く依存しており、高精度な電子状態計算により予測可能である。これらの電子物性は物質の誘電率に依存するので、無機物に匹敵する
高い誘電率をもつ有機物材料の設計による高効率化を目指す。
更に、太陽電池シミュレータを用い、ペロブスカイト太陽電池の光電荷移動機構や自由キャリア機構の解明に向けた研究を行う（図 2−1−5）。
太陽電池シミュレータは理研（中嶋）が主体となって開発を行い、新規手法を用いた有機系太陽電池の高効率化と次世代太陽電池設計の実証は京大（山下）が主導的に行う。

別添 2-38図 2-1-5鉛ペロブスカイト材料の構造（３）目標・期待される成果
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
電子相関理論と密度汎関数の両面からポスト「京」による光合成系の理論研究を可能にする計算手法
及び、構造や反応機構に関して実験研究と関連づける分光学的プローブの基本設計とプロトタイプ実装を行う。太陽電池シミュレータにおいては、大規模な分子系の励起状態計算の実現に向けて、数千から１万原子系の基底状態に関する密度汎関数計算のためのメモリ分割版プログラムを完成させ実装する。
有機系太陽電池のエネルギー変換機構を解明するため、電子移動カップリングを見積もる手法および、
非断熱過程を含む励起状態ダイナミクスの手法とそのプログラムを開発し、太陽電池シミュレータに実装する。
上記研究で開発した光合成シミュレータを用いた新規光触媒への応用研究を実施すると共に、太陽電池シミュレータを用い、ペロブスカイト太陽電池の光電荷移動機構を解明する。
・本格フェーズ終了時
1020 以上の複雑な電子配置が重要な寄与をする電子系の高精度計算を可能とする光合成シミュレータが完成し、複雑な組成を持つ半導体光触媒の吸収特性・反応制御や、電子相関が強くこれまで取り扱いが困難であった多核金属錯体による人工光合成系の定量的な取り扱いを可能とする。天然光合成系において、未だ XRD・XFEL 構造の得られていない S2 状態の最も確からしい構造をシミュレーションにより確定し、今後の XFEL の実験に有用な知見を与えるとともに，人工光合成系で水分解反応を実現するために重要となる金属錯体の構造因子に関し有用な情報を提案する。
数千から１万原子系の大規模な分子系の励起状態に関する時間依存密度汎関数計算のためのメモリ分
割版プログラムを完成させ、太陽電池シミュレータに実装する。太陽電池シミュレータを使うことで、大規模な太陽電池材料の基底状態と励起状態での挙動や物性をシミュレーションし、短絡電流 ISC を飛躍的に増加させる有機物の材料設計に必要な励起状態ダイナミクス計算が可能になる。
光合成シミュレータを用いた新規光触媒設計と助触媒の最適化を行う。また、太陽電池シミュレータ
を用いペロブスカイト太陽電池の高効率性に関わる自由キャリア機構を解明する。更に、ドナー・アク
セプター界面の電子的特性と変換効率との相関に基づいて、ISC を飛躍的に増加させる有機物材料設計を行い、実験研究者との連携で高効率な太陽電池を実現すると共に、実用化のめどとされる変換効率 15%に向けた提案を行う。
別添 2-39

・ポスト「京」運用開始５年後
天然と既存の人工光合成系の機構解明を行うとともに、新規の半導体および多核金属錯体による人工光合成系の設計を行いプロトタイプ実証への指針を明確化する。
天然光合成系で得られた知見をもとに、天然の光合成系に学び模倣した人工光合成のための新規触媒開発を行う。可視光領域で水から水素を効率良く作ることのできる光触媒の理論設計を実現する。
人工光合成化学プロセス技術研究組合（ARPChem）は NEDO プロジェクトで太陽エネルギーを利用した
光触媒による水からの水素製造で 2015 年 3 月世界最高レベルでの太陽光エネルギー変換効率 2%を達成
し、2021 年度末 10%達成を目指しているが、大規模理論計算による光触媒材料探索により同プロジェク
トと連携することにより、目標達成に寄与できる。
太陽電池のさらなる高効率化を目指して、企業と連携して分子レベルからメソスコピックな物質デザインを進め、太陽光を無駄なく使うためのアップコンバージョン、ダウンコンバージョン等による新規変換機
構に基づく太陽電池、新規有機物を用いたタンデム型太陽電池、また熱電変換とのハイブリッド型太陽電池の知見を得る。
ソフトウェアの普及とユーザーの利便性の向上を考え、シミュレータの入力支援プログラムや可視化などの入出力の機能を充実させることでシミュレータの幅広い分野での活用・普及に努める。また、サブ課題 C と連携して GRRM 法を用いた網羅的な化学反応経路探索などの機能を拡張することで、太陽電池
シミュレータの適用範囲を太陽電池材料に限らず、不均一系の触媒設計にも利用できるようにする。
アウトカム成果：
・ポスト「京」運用開始５年後開発されたシミュレータが普及する。新規変換機構に基づく太陽電池について企業との連携によるプロトタイプ実証を開始する。
・ポスト「京」運用開始１０年後
シミュレータによる高効率な光エネルギー変換物質の研究が産学で一般化する。新規変換機構に基づ
く太陽電池について企業との連携により世界に先駆けて実証する。
分子・物質レベルのミクロな情報から材料の物性や挙動を予測できるマテリアルデザインのための総合的なモデリング/シミュレーション環境を提供し、触媒、医薬品、ポリマー、燃料電池、太陽電池、強相関物質などの製品化をターゲットとして多くの分野のニーズに資する統合シミュレータとして普及する。
（４）「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと「京」ではナノスケールのデバイス材料のポストハートリーフォック計算が行われ、高精度なエナジェティックスや開放電圧に関連するイオン化エネルギーの計算が行われている。モデル空間量子モンテ
カルロ法においても、マンガンクラスタのスピン状態の計算が行われ、著しい成果をあげている。人工光合成系の統合シミュレーションには 1020 以上の電子配置を用いた高精度計算による実証が不可欠であるが、「京」では数年から数 10 年の計算リソースが要求され、実現が不可能である。ポスト「京」で開

別添 2-40発する人工光合成シミュレータでは、このような計算が 1 週間から 1 ヶ月程度で可能となり、計算機による光合成物質の設計の実現性が見えて来る。
太陽電池関連の計算については、「京」において数百原子までの分子の励起状態の量子化学計算が実現されているが、有機系太陽電池におけるヘテロジャンクションを含めた現実系界面のシミュレーショ
ンには 10,000 原子規模の取扱いが不可欠である。
メモリ分割を施した効率の良い並列アルゴリズムを開発・実装することで、「京」では 1 年 (計算資源の問題で実際には京では不可能) を必要として成果を見込むことができない計算をポスト「京」により 1 週間で終了することが可能となる。
（５）実施体制
サブ課題 A の実施体制を図 2−1−6 に示す。光合成シミュレータの開発は天能（神戸大）が、太陽電池
シミュレータは中嶋（理研）が主体となって開発を行う。シミュレータの開発には、計算科学者（岐阜大、電通大、分子研）と計算機科学者（神戸大、理研）との協力の下でポスト「京」の仕様と言語を十分に考慮した上で進める。又、山下（京大）を中心に、太陽電池と光触媒の先行的な応用研究を行い、ポスト「京」運用に向けた知見の蓄積を行う。太陽電池に加え天然光合成や ARPChem で研究を進める実験研究者を中心とした連携体制を整備するとともに、プロトタイピングに向けた企業との協力を図る。

図 2-1-6 サブ課題 A 実施体制

別添 2-41

2-2．サブ課題 B

エネルギーの変換・貯蔵－

電気エネルギー（１）目的・意義
太陽光発電などを用いて創生された一次エネルギーを化学エネルギーとして安定に貯蔵し、消費時に電気エネルギーに変換して利用するためのインフラの構築が始まっている。蓄電社会や水素社会の実現
にとって最も重要な基盤技術は、二次電池技術と燃料電池技術である。これらの電池は電気自動車や燃
料電池自動車（図 2-2-1）、家庭用電源装置として既に商用化され、今後急速な普及が見込まれている。
それだけでなく、今後はスマートグリッドや産業用電源等の大型用途への利用が始まる。これらの推進のためには、電池の低コスト化、高信頼性、高耐久性、汎用元素の利用等が求められる。より優れた二次電池の開発に加え、燃料電池に関しても、白金触媒と高分子膜を用いた固体高分子形燃料電池が燃料
電池車やエネファームとして商用化されているが、今後の普及には、より低価格な触媒と高分子膜等による耐久性や信頼性・エネルギー効率の向上が不可欠となる。

図 2-2-1 燃料電池車

近年、「京」コンピュータを用いた高度計算機利用において各部材のバルク特性にとどまらず材料界面で起こっている現象に対しても原子・分子スケールでの計算がおよびつつあり、最新の実験結果と組み合わせた微視的な構造の決定や機構の解明につなげることが可能になってきた。この最新の科学的手法
を電池開発に向けて更に発展させ、諸外国に先駆けて現実の電池開発で利用可能な基盤技術として開発・提供することは、わが国の競争力を高める重要な要素となる。
そこで本サブ課題では、実験では決してみることのできない電極界面近傍での反応と物質移動のミクロ機構を、ポスト｢京｣を用いて明らかにすることに注力し、実験研究者と協力して、電池全体過程を明らかにしていく。このため、これまで開発してきたシミュレーション手法を多様かつ複雑な電池過程に適用できるように全電池シミュレータを微視的理論に基づいて発展させる。これを用いて、電極・電極
被膜・電解質膜・電解液界面挙動に関する学理を構築し、各電池部材の最適材料設計・探索を目指した
総合的な研究活動を行う。
（２）実施内容
実験科学者・企業研究者と連携を取りながら、様々な計算手法(第一原理 MD、古典 MD、QM/MM 法、Red
Moon 法（混合 MC/MD 反応法）など)を駆使して全電池シミュレータを発展させ電極・電解質界面を含む
ナノスケールの構造や電池過程の解明が可能であり、しかもそれに基づいた材料設計や電池特性の予測についても実行可能にする。
別添 2-42

研究項目１

二次電池

リチウムイオン電池の電解液および電極-電解液界面における電子状態と原子配置に関する第一原理
分子動力学計算（図 2-2-2）および、化学反応の効果を取り入れた Red Moon 計算（混合 MC/MD 反応計算）を発展させ、電極—電解液界面の構造および特性を予測可能とする。電池機能を左右する界面保護膜（SEI
膜:Solid-Electrolyte Interphase 膜）の形成機構に注目し SEI 膜を通したイオンの電極内部への移動のシミュレーションを行うことにより電極や電解液などの材料設計につなげるための手法を構築する。
この目的のために stat-CPMD の反応自由エネルギー計算機能の強化や RedMoon の計算規模の拡大等を行い、より現実的な状況下での計算の高精度化を果たす。構築されたシミュレータをリチウムイオン電池に適用して早期成果創出を行うとともに、次世代二次電池の問題に取り組む。

図 2-2-2

電極被膜・電解液界面

次世代二次電池においては、全固体電池やナトリウムイオン電池等が重要となる。これらにも対応できるように電極-固体電解質界面への計算の拡張を行うとともに、イオン半径やルイス酸性の異なるイオンに関するイオン輸送の向上等を目指した物質探索が可能なシミュレータを構築する。さらに次々世
代電池においては、リチウム空気電池や多価イオン電池における界面酸化還元反応の制御等が問題になる。これらの問題への対応も視野に入れたシミュレータ開発を行う。また、材料探索に資するシミュレ
ーションも行い早期成果を創出する。
また、二次電池における不均一環境下でのイオン輸送など電池材料としての機能発現の分子過程を解明する。このため、古典分子動力学シミュレーションに基づいて、イオン輸送の最適化のために必要な
電極界面近傍のイオン伝導度の解析手法を確立する。特に、位置に依存するイオン移動の評価方法を確立し、全原子シミュレーションに基づいて、樹脂表面の化学的状態や表面からの距離の関数として伝導度を評価する。
stat-CPMD を用いた第一原理シミュレーションは物材機構（館山）、MODYLAS を用いた分子動力学シミュレーションは名大院工（岡崎）、RedMoon を用いた混合 MC/MD 反応シミュレーションは名大院情報（長岡）がそれぞれ担当する。また、この三者および東大物性研（杉野）が連携して各シミュレーション結果に基づき電池としての機能を予測するための手法を構築する（図 2-2-3）。

別添 2-43図 2-2-3

CV 曲線

出典：J. Electroanal. Chem. 421, 79 (1997)
研究項目２

燃料電池

高効率で高耐久性な燃料電池の電極触媒（図 2-2-4）の実現に向けて、固体電子論と溶液理論を組み合わせることにより電位差印可に起因して形成される電気二重層を的確に取り扱い、電極界面の構造や反応自由エネルギーを計算することが可能な電極シミュレータを、第一原理分子動力学法(STATE)をベースに開発する。燃料電池反応機構を解明したり反応抵抗を予測したりするのに必要な物性値を電極シ
ミュレーションに基づき導出する。また、遷移金属酸化物電極などの構造や反応に関する電極シミュレーションを行い、次世代の白金代替燃料電池材料の開発指針の獲得を実験グループと共同で目指す。

電解質膜
正極

負極

酸素

水素

水
触媒
燃料電池の模式図

図 2-2-4 燃料電池の模式図

強靭で高性能な高分子電解質膜（図 2-2-5）の実現に向けて、電解質膜に特徴的な大域的構造とそれに由来する膜強度やイオン伝導度等を記述するために必要な 1000 万～1 億原子で構成される高分子大規模系に対する分子動力学計算を可能にするシミュレータを、MODYLAS をベースに開発する。これに基づいて、標準的な電解質膜に対して乾湿サイクルによるモルフォロジー変化を明らかにするとともに、破壊の分子機構を解明する。またプロトンの輸送、酸素や水素の遮断など電池材料としての機能発現の別添 2-44

分子過程を解明する。さらには、電極-アイオノマー-カーボン集電体三相共存界面における構造モデルを提供し界面構造と輸送抵抗の関連を明確にし、上記反応抵抗とあわせることにより燃料電池としての機能予測の確立に貢献する。

図 2-2-5

燃料電池高分子

電解質膜
電極シミュレーションは、東大物性研（杉野）が担当し、電解質膜シミュレーションは名大院工（岡崎）が担当する。反応抵抗や輸送抵抗等に関する物性値を獲得し、燃料電池の CV 曲線の予測が可能な全電池シミュレータの構築を目指す。
（３）目標・期待される成果
研究項目 1 二次電池
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
次のようなリチウムイオン電池の電極-電解液界面およびその近傍での構造や反応輸送特性をシミュ
レーションするための手法が構築され、材料開発に資する知見も早期創出される。stat-CPMD を用いて数千原子規模での第一原理反応自由エネルギー計算を実行可能にする。これをリチウムイオン電池の電解液−電極界面に適用して SEI 膜の形成機構と特性、ならびに、その電極構造や電解液依存性を原子レベルから解析可能にする。また、既存の電解液を高耐久化するための知見を得て開発に貢献する。
また、RedMoon を用いた混合 MC/MD 反応法プログラムを発展させ、多様な酸化還元反応や重合反応を汎用的に取扱うための典型的な MC プロトコルを実装し、原子間結合の生成および切断、分子の並進移動などを汎用的にシミュレート可能にする。さらに、数十万原子規模の系に対して混合 MC/MD 反応シミュ
レーションを可能とする。
さらに、100 万～1000 万原子系の古典分子動力学計算に基づいて、二次電池セパレータ界面等の不均一環境下でのイオン輸送の最適化が可能となるイオン伝導度の解析手法を確立する。

別添 2-45

・本格実施フェーズ終了時
stat-CPMD を用いた反応自由エネルギー計算を発展させ、計算規模の拡大および計算対象の次世代・
次々世代二次電池への拡張を行う。実験的知見の少ないナトリウムイオン電池等に対しても界面の構造や界面保護膜の形成機構、界面でのイオン輸送、電極反応等が予測可能なシミュレータを開発する。また、これを用いた各種電池過程のシミュレーションを行い早期成果を創出する。特に電解液開発への貢献が期待できる。5000 原子規模 stat-CPMD あるいは STATE に電位差を印加する機能を導入する。これを用いて、リチウムイオン電池や次世代・次々世代電池の電解液を探索して候補物質を提案する。また、リチウムイオン電池の SEI 膜の形成機構、膜中のリチウムイオン輸送機構を提案する。次世代・次々世
代電池に関しても電解液−電極界面反応の微視的機構を提案する。
RedMoon を用いた界面での酸化・還元および重合反応シミュレーションを 100 万原子規模に拡大する。
また、RedMoon に電極電位を制御する機能を導入する。これを、リチウムイオン電池や次世代・次々世
代電池の負極での SEI 膜形成に適用し、実問題解決に向けた応用計算を実施する。この膜モデルを用いて、stat-CPMD 等によるシミュレーションから得られた情報も活用し、膜の形成機構やイオン輸送特性の予測を行う。
古典分子動力学シミュレーションに基づいて、電極界面近傍等位置に依存するイオン移動度の評価方法を確立し、また高分子の破壊を可能とする 1 億～10 億原子系を取り扱うことのできるシミュレータを
MODYLAS をベースに開発する。上記の成果を基に、固体電子論第一原理計算と古典分子動力学計算を組
み合わせて全電池シミュレータを発展させ、イオンの輸送特性に関する知見を実験とも連携して、電極や電解液の材料設計指針の獲得を行う。
・ポスト「京」運用開始５年後
リチウムイオン電池に対して開発シミュレータを適用し、第一原理計算をベースにした二次電池の電流電圧曲線解析を行う。これを用いて、企業研究者や実験研究者と共同で材料設計を行う。また、開発
シミュレータの産業界等への技術移転を始める。さらに、リチウム空気電池や多価イオン電池など、次々
世代二次電池における電解液および電解液−電極界面の反応機構を解明し、材料開発に貢献する。
アウトカム成果：
・ポスト「京」運用開始５年後「京」およびポスト「京」によって提案あるいは確認された電解液または電極材料の幾つかの商品化が行われる。電気自動車開発やスマートグリッド社会構築が加速する。開発シミュレータが企業等で用いられ始め、開発期間の短縮に貢献する。
次世代、次々世代二次電池の電解液-電極界面での反応輸送シミュレーションが本格稼動して、実験データを補う形で計算結果が得られるようになる。電池過程の理解が飛躍的に進む。また、材料開発への理論の貢献が増すと同時に、実験・開発・理論がチームを構成して研究を行なう体制が普通にとられるようになる。
・ポスト「京」運用開始１０年後
蓄電社会、水素社会の構築が進んだ結果、自然エネルギーの全エネルギーに対する割合が増加する。
開発シミュレータ技術が普及し、電池開発に不可欠な基盤となる。

別添 2-46

研究項目 2 燃料電池
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
次の様な燃料電池の電極電解質界面に関するシミュレータが開発され、反応過程やイオン輸送過程の理解を進める。また、次世代の燃料電池等の開発に資する早期成果を創出する。
第一原理分子動力学法(STATE)をベースに固体電子論と溶液理論を組み合わせることにより、燃料電
池電極界面の構造や反応自由エネルギーを計算することが可能な電極シミュレータを開発する。これと並行して 100 万～1,000 万原子の高分子電解質膜に対して分子動力学計算による相分離構造の解析やイ
オン輸送および破壊のシミュレーションが可能なシミュレータを、MODYLAS をベースに開発する。
これらのシミュレータを用い、燃料電池の反応機構の解明や反応抵抗、輸送抵抗等の電池機能を予測するのに必要な物性値を導出する。また、遷移金属酸化物などの白金代替物質の構造や反応に関する電極シミュレーションを行い、高効率高耐久な電極開発に資する。さらに、高分子電解質膜の性能向上に向けた材料設計指針を得る。
・本格実施フェーズ終了時
燃料電池電極界面の構造や反応自由エネルギーの計算効率や精度を向上させ、界面構造等と反応機構
や反応抵抗との関連を解明することが可能な電極シミュレータを開発する。また高分子電解質膜に特徴的な大域的構造とそれに由来する膜強度やイオン伝導度、また電極・電解質膜界面等の解析が可能な 1
億～10 億原子系に対する分子動力学計算を実現するシミュレータを開発する。これらのシミュレーショ
ンを組み合わせて、電流電圧曲線を求めることを可能にし、微視的情報から電池機能を予測する手法を構築し、全電池シミュレータを発展させる。
これらのシミュレータを用い、遷移金属酸化物などの白金代替物質を用いた次世代型燃料電池の活性向上のための組成や構造に関する設計指針を獲得する。標準的な電解質膜に対して乾湿サイクルによる
モルフォロジー変化を明らかにするとともに、破壊の分子機構を解明する。またプロトンの輸送、酸素や水素の遮断など電池材料としての機能発現の分子過程を解明する。
更に、電解質膜開発に関しては総理府 ImPACT プロジェクト「しなやかタフポリマー」（代表：伊藤耕三）と連携し、開発企業と共同で、社会的に緊急度の高い強靭で高耐久性、高信頼性を持ちながら高プ
ロトン伝導性を備えた実用的な自動車用燃料電池電解質膜の設計指針を実験結果のフィードバックを得ながら提供し、開発に貢献する。これにより、「京」を用いた先行的成果として実際に路上で運転されるコンセプトカーの試作につなげる。
・ポスト「京」運用開始５年後
シミュレーション研究の蓄積に基づき、電極付近での酸化還元反応と電解質膜の大域的構造の関連を解明する。開発シミュレータを産業界等へ技術移転し、産学連携による高出力、高耐久性のための燃料電池材料の設計指針を提案する。

別添 2-47

アウトカム成果：
・ポスト「京」運用開始５年後
ポスト「京」によるシミュレーションにより、燃料電池の高性能化、高耐久化のための研究が促進される。開発シミュレータが企業等で用いられ始め、開発期間の短縮に貢献する。
・ポスト「京」運用開始１０年後
水素社会の構築に必要な家庭用、自動車用燃料電池の低価格化、耐久年数の伸長が進み、自然エネル
ギーの全エネルギーに対する割合が増加する。開発シミュレータ技術が普及し、電池開発に不可欠な基
盤となる。
（４）
「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと「京」では、古典 MD 計算で数百万—一千万原子規模（サイズとしては 50nm3 スケール）のサンプリングが可能となっている。これは多孔質膜の不均一性を記述するための最低限必要なサイズでしかない。第一原理 MD 自由エネルギー計算では千原子規模（サイズとしては 2nm3 スケール）のサンプリングが可能となっており、電解液や界面系のシンプルな酸化還元反応を取り扱える程度となっている。
ナノ細孔により構成される多孔質膜を取り扱った電解質膜設計を行う場合 1-10 億原子系の古典 MD 計算を要する。
また全電池シミュレータに向けた電解質膜と電極、電解液の三相界面の研究にもポスト「京」を用いた大規模な計算が不可欠である。第一原理 MD については電解液—電極界面の化学反応・イオン輸
送が複合した過程の取り扱いが要求され、原子数で五千規模の系の大規模サンプリングが必要となる。
新規開発の手法をポスト「京」に適用することにより、既存のアルゴリズムでは「京」を用いて２年かかる計算が 10 日で行えるようになるものと考えている。
（５）実施体制
サブ課題 B の実施体制を図 2-2-6 に示す。二次電池シミュレーションは、館山（物材機構）、岡崎（名大院工）、長岡（名大院情報）が主に担当し、燃料電池シミュレーションは杉野（東大物性研）、岡崎（名大院工）が主に担当する。シミュレーションソフトを互いに参照、ないし、連携させて動作させるための開発を行い、全電池シミュレータとして統合する。

別添 2-48

図 2-2-6 サブ課題 B 実施体制
計算科学・理論科学・計算機科学の連携体制については、大谷（産総研）、赤木（東北大）、袖山（物材機構）、濱田（阪大）、中山（名工大）、森川（阪大）、奥野（富士フイルム）、大脇（日産アーク）、泰岡（慶応大）、長尾（金沢大）、成見（電通大）、麻田（大阪府大）らが研究協力者として参画し、二次電池に関連する計算研究を遂行するとともに、全電池シミュレータ作成に協力する。また南（理研）ら計算機科学者とも連携し、さらなる分子動力学プログラムの高効率化を進める。
また、燃料電池研究については、重点課題６「革新的クリーンエネルギーシステムの実用化」と連携し、本重点課題において量子力学、古典力学などの基礎方程式から出発したシミュレーションに基づいて得られる燃料電池の原子、分子レベルの情報、微視的な情報（最大空間スケール 100nm）を、重点課
題６において流体力学（例えば格子ボルツマン法）などに基づいて実施する巨視的なシステムシミュレーション（格子ひとつの大きさは 20nm、扱う空間は 20μm）に提供し、そこで検討される水循環や燃料ガスの供給（気液 2 相流）など電池運転条件の最適化の研究に貢献する。同時に、課題⑥で得られる電池材料の置かれた巨視的環境を本課題で実施する微視的シミュレーションに反映させ、より現実的な実験条件下での材料研究を進める。
MODYLAS 開発については、東大情報基盤センター、名古屋大情報基盤センターとのメニコアに対応したアルゴリズムを用いた高速化・最適化の共同研究、グランドデザインに関わる理研、慶大、電通大、
金沢大、分子研からの知識・情報の提供、そして、コデザインについて重点課題１、７と協力・連携する。一方、stat-CPMD, STATE については同じ平面波基底プログラムが関連する重点課題７サブ課題 G、
東大物性研と連携をしながら開発を進める。

別添 2-49

2-3 サブ課題 C

エネルギー・資源の有効利用 － 化学エネルギー（１）目的・意義
エネルギー資源を輸入に頼る我が国では、エネルギーの有効な循環が国家的重要課題である。本サブ課題では、化学エネルギーの新規な資源開発と貯蔵の効率化を目指す。エネルギー・環境問題解決に必須であるメタンと CO2 の分離・回収、貯蔵、変換にわたる化学エネルギーの高度利用を目指して、ポスト「京」を活用できるアプリケーションを開発し、企業や実験研究者との緊密な連携をとりつつエネ
ルギー多消費型工業プロセスを革新する。そのために、化学エネルギー創成・消費の根幹となるメタン
ハイドレートの資源化および CO2 の分離・回収、貯蔵による化石燃料の安定的利用、さらに高機能触媒の開発を実施する。
水は地球上に普遍的に存在する無害で環境負荷の少ない物質であり、資源および貯蔵媒体、また蓄冷物質として水の利用を図ることは、化学エネルギーの創生とエネルギーサイクル構築の観点から、極めて重要である。日本近海に埋蔵されているメタンハイドレートからのメタンの生産と貯蔵、また環境負荷の少ないハイドレートの別の有効な利用法として、水素やオゾンの安全な貯蔵法の実用化に対する指針の提供を目的とする。ハイドレートは CO2 の廃棄手段の候補でもあり、メタンハイドレートに CO2 を注入し、メタンハイドレート中のメタンを CO2 に置換しつつ、有用なメタンを得る可能性を、理論的基盤に基づきダイナミクスを含めて検証する。一方、水の相転移時の大きな潜熱を利用して、新規な蓄熱材料を開発することが強く期待されている。このうち、セミクラスレートを主とする蓄冷材は、構造や熱力学等の基礎的な情報が未解明であり、これらを微視的観点から基礎原理を解明して、実用化につなげる。
一方、物質科学分野において、触媒はエネルギー問題を解決する鍵を握る。本課題では、産業界に需要のある「触媒反応機構解明のための反応経路探索技術」を確立し、理論が先導する高収率高選択性の新規触媒設計というアプローチの実現を目指す。国内ではここ十年ほど貴金属を豊富元素に置き換える
元素戦略プロジェクトが進められており、実験と理論計算の協働が重要視されている。白金などの貴金属を使用しない高機能触媒の開発が実現すれば、エネルギー多消費型物質生産の革新を達成することができる。
更に、地球温暖化防止をはじめとする環境諸問題の対策と、化石燃料の有効利用によるエネルギーの安定供給が可能な社会を築いていくため、CO2 排出量の大幅な削減が求められている。この目標達成に向けて、工場や発電所などの大規模排出源から CO2 を分離・回収する技術が近年注目を集めている。我が国でも回収した CO2 を地中深くに輸送し貯留する手段（CCS）の実証試験が開始しているが、実用化促進には CO2 分離・回収のコスト削減が求められている。そのためには、反応条件の制御および材料の高性能化が必要である。ここにおいて計算科学を用いた微視的視点からの反応原理の究明、および系統的な物質の特性評価が課題解決を加速するアプローチとして期待されている。本研究では、超並列電子状態
計算に基づく大規模 CO2 分離・回収シミュレーションとその解析を実現するアプリケーションの構築を行う。これを用いて CO2 の効率的な分離・回収に資する革新的材料を理論先導で設計し、CO2 問題の解決に貢献する。

別添 2-50

（２）実施内容
研究項目１

ハイドレートエネルギー資源として大量に存在するメタンハイドレート（図 2-3-1）の効率的採取法の開発を目指した、大規模長時間 MD シミュレーションを実施して、メソスケールでの解離の機構解明、解離の律速過程とその解消法の探索を行なう。特に、実用化に最も有望であると考えられている減圧法では、ハイド
レートの低い熱伝導や不純物中でのガスの移動も考慮する必要があり、これらを境界条件に取り入れた
大規模なシミュレーションから、効率的な融解法への指針を得る。また、メカニカルな融解法の開拓を目指した、シミュレーションについても開発を行う。

(a)

(b)

(c)

図 2-3-1 メタンハイドレートの資源分布(a)、燃える氷としてのメタンハイドレート(b)とその分子配置(c)
メタン・水素・CO2 の貯蔵媒体としてのハイドレートの活用と高性能化を図るために、理論計算に基づき、結晶の安定性を補助する適切な添加分子種を提案する。自己保存効果とは、特定の条件において、ハイドレートの分解が著しく抑制される現象であり、ハイドレートを貯蔵媒体として利用する場合には有用だが、そのメカニズムは未解明である。このために、自己保存効果のシミュレーション、ハイドレ
ートを安定化する分子の探索、結晶化過程のシミュレーションと自由エネルギー計算を行なう。一方、
パイプラインによるガス輸送や深海底の石油採掘では、ハイドレートの形成は時としてパイプを塞栓させ、大きな事故につながる。これまでに多くの物質が速度論的なハイドレート生成阻害剤として開発されているが、その分子論的機構は未だ示されていない。自由エネルギー計算、阻害剤存在下の結晶成長シミュレーションなどによりこれを明らかにする。
これまで、我が国の近海に豊富に存在するメタンハイドレートからメタンを回収するための「メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム」が組織され、試掘は行われているが、コストの問題は未解
決である。このような国家的課題に対して、ポスト「京」を駆使した大規模な構造探索から、蓄冷材としてのセミクラスレートの性能の向上のための包括的な評価を行い、東北大学や企業との連携・共同研
究により、実用化に対する問題解決の一端を担う。
以上は、岡山大（田中）が、分子研（奥村）、産総研（石田）と協力して推進する。

別添 2-51

研究項目２

触媒

武次、前田（北大）が中嶋（理研）と協力し、反応経路自動探索法（図 2-3-2）を NTChem に連結して一般的に未知の触媒反応機構を解明する反応経路探索計算技術を確立する。これを産業界で重要な革新的触媒の理論設計へと適用し、具体的指針を実験家に提供する。大規模計算によって初めて可能となる触媒反応の実在環境モデル（例えば担持金属微粒子触媒であれば基板の欠陥、溶媒を露わに考慮し、単位セルを現況の十倍以上に広げるなど、図 2-3-3 参照）を構築し、経験的描像を排した反応経路探索
計算によって理論先導型の触媒設計の実現につながる研究を展開する。

図 2-3-2 反応経路自動探索法

図 2-3-3 担持金属微粒子触媒の描像

具体的触媒反応として CO2 固定化と酸素還元反応(ORR)を取り上げる。CO2 は研究項目１、３で貯蔵、分離・回収の対象となっているが、本項目では CO2 変換による有効資源化を目指す（サブ課題内連携）。有機合成化学実験の立場から CO2 固定の触媒開発を先導する依馬（岡山大）及び QM/MM 計算技術を有する長谷川（北大）と連携し、大規模な反応経路探索計算を実施して CO2 固定高機能触媒の実現を目指す。ORR
触媒についてはサブ課題 B の高効率燃料電池開発の目標に挙がっており、サブ課題間連携として取り組む。燃料電池では酸素極での ORR 触媒として白金が使用されており、非白金触媒の探索が世界的に行われている。武次は魚崎（物材機構）との共同研究で、本来絶縁体である窒化ホウ素（BN）を金表面に担持すると電子状態が変化し、ORR 触媒として機能することを実験的に示した。しかしその微視的機構は未解明である。本項目では反応経路自動探索法と連結した NTChem を適用して BN/Au を触媒とする ORR の反応経路探索を行い、反応機構を明らかにして酸素還元能発現の起源を特定し、より高機能な非白金系酸
素還元触媒の開発を試みる。
研究項目３

CO2 の分離・回収

CO2 分離・回収は、溶液中または固体表面で起こる物理的あるいは化学的な変化を伴う複雑な現象であることから、特に凝縮相中の熱力学的安定性の評価と反応ダイナミクスの実行に適した凝縮相内化学反応シミュレータを開発する。前者では、基盤アプリ NTChem と線形スケーリング法の１つである分割統治（DC）法を組み合わせることにより、高精度大規模電子状態計算に基づく定量的な熱力学量計算を可能とする。後者では、密度汎関数理論に基づく強束縛近似（DFTB）法に対する線形スケーリングを達成した補助アプリ DC-DFTB-K の超並列化およびパラメータの拡充を図ることにより、100 万原子規模、サブ

別添 2-52ナノ秒の化学反応シミュレーションに到達する。
CO2 分離・回収プロセスの合理化における急務な課題の 1 つは、実用に最も近い化学吸収法で用いられるアミン吸収液の性能向上である。高度化された NTChem および DC-DFTB-K プログラムを活用し、CO2
吸収過程・放散過程で生じる反応の詳細を熱力学的視点と動力学的視点の両面から明らかにする。アミンの種類とその混合比による吸収量・吸収速度の違いや、反応温度や吸収液の濃度など反応制御可能性に関する検討から得られる知見を用いて、消費エネルギーコストを削減する新規アミンの提案・最適なアミン混合比の予測を行う。更に、溶液系だけでなく金属有機構造体（MOF）やゼオライトのような多孔質材料の高機能性発現を支配する基礎原理の究明に取り組む（図 2-3-4）。CO2 分離・回収については、
中井（早大）が担当する。

図 2-3-4 MOF による CO2 の吸収過程（３）目標・期待される成果
アウトプット成果：
・平成２９年度終了時
化学エネルギー創成から消費に至る過程の、高効率な分離・回収、貯蔵、相互変換法の計算科学における開発を目指す。
ハイドレートを用いたエネルギーと物質貯蔵に関しては、自由エネルギー計算や数十万原子規模の分子系、ミリ秒のシミュレーションからの生成解離ダイナミクスの解明により、高効率、低エネルギーコ
スト低環境負荷で貯蔵(メタン、水素、オゾンなど)・廃棄(CO2 など）するための、温度、圧力、共存物
質についての最適条件を提示する。更に、セミクラスレートの蓄冷材としての実用化には融解のエネル
ギー収支が極めて重要であるが、その構造や熱力学的特性が未解明である。このために、新たなアルゴ
リズムにより巨大な分子配置に関するデータから効率的に複雑な構造をエネルギーと関連付けて解析す
る方法を開発する。触媒設計では反応経路自動探索プログラムを NTChem に連結させ、京の上での反応経路探索計算を可能にする。更に、金属ナノクラスターによる触媒反応の全面経路探索を行い、サイズ効
果やクラスター構造変化の効果について知見を得る。CO2 について、100 万原子規模の化学反応ダイナミ
クスに必要な DFTB などのアプリケーションの大枠の開発作業を完了する。CO2 分離・回収エネルギーコ
ストの大部分を占めるアミン吸収液の反応熱削減を目指し、反応系中にある化合物の拡散係数と放散時の反応性との関係を系統的なシミュレーションから明らかにする。更に、MOF などの材料を幅広く取り扱うため、金属を含む原子の組み合わせに対応する DFTB 力場の拡張を行い、CO2 吸収材料としての吸収
別添 2-53量や吸収速度、回収に必要な熱量などの基礎的知見を獲得する。
・本格実施フェーズ終了時
化学エネルギー創成から消費に至る過程について、計算科学により高効率な分離・回収、貯蔵、相互変換法の実用へ橋渡しとするための指針を提供する。
基盤となる反応経路自動探索法と NTChem との連結、MD シミュレーション、DFTB 法の長距離相互作用計算の効率化や DC 法における部分系処理の並列性能の向上など、課題に必要な計算手法の高機能化を達成する。さらに、固体や溶液の自由エネルギー計算や凝縮相内化学反応シミュレータの開発を完了し、ポスト「京」運用開始早期よりアプリケーションの実行と速やかな成果創出が可能な体制を整える。
ハイドレートについては、最大数千万原子規模の分子系、ミリ秒程度の、大規模長時間のシミュレー
ションを行い、現実的な条件におけるハイドレートの生成解離機構を明らかにする。また、90 年分以上と言われる天然ガス資源の採掘の実用化へ、産総研などで行われているマクロなシミュレーションへのミクロな観点からの計算データの提供などを通じて、メタンの効率的回収の指針を得ることに貢献する。
更に、メタンと CO2 置換によるメタン資源化と CO2 投棄の熱力学とダイナミクスを明らかにする。蓄冷材
に対して、セミクラスレートハイドレートの安定性原理の確立を行う。触媒設計では、超並列計算に基づく反応経路自動探索を実現し、1000 原子程度の複雑な触媒反応機構を調べる手法を開発する。CO2 固定と燃料電池非白金系触媒へと適用し、高機能触媒設計への知見を得る。CO2 分離・回収では、アミンのpKa 依存性など 100 万原子程度の大規模系解析結果から、アミンの混合比、反応温度や吸収液の濃度など
最適な反応条件の提案を行う。更に、多孔質材料を用いた CO2 分離・回収反応メカニズムを解明し、候補となる材料の指針を吸収量や吸収速度、回収に必要な熱量の観点から示す。
・ポスト「京」運用開始 5 年後大規模実証計算を実行し、メタン、水素のハイドレート貯蔵のための自己保存効果をより高める手法の開発、CO2 固定の高機能触媒、サブ課題 B と連携した燃料電池非白金系触媒、最適化されたアミン吸収液に対するより定量的な CO2 吸収特性の予測を実現する。これらに対して、実験研究者および企業研究者と連携して実証開発を推進する。
アウトカム成果：
・ポスト「京」運用開始５年後
ハイドレートに対する低環境負荷が一般に認められ、また反応経路自動探索計算や凝縮相内化学反応
シミュレーションが化学プロセスや材料設計といったナノスケールを対象とする計算科学分野で普及する。
・ポスト「京」運用開始１０年後
メタンハイドレートのより効率的な分解法に基づくメタン採取の産業化がなされ、メタンハイドレー
ト由来のメタンが利用されるようになる。反応経路自動探索法が新規触媒開発の標準的アプローチとして産業界に普及し、合理化されたプロセスに基づく CO2 分離・回収技術の実証試験が進み産業化がなされる（図 2-3-5）。

別添 2-54

図 2-3-5 排気ガスから CO2 を効率的に分離回収する技術の実用化(４)「京」でできていること、ポスト「京」でなければできないこと「京」を用いた数十万原子規模の分子系時間 100 ns のメタンハイドレートの融解シミュレーションを行い、過飽和限界付近や溶質の添加による融解ダイナミクスを解析して、ハイドレートの分解速度を、メタンの泡の発生を促進・抑制することにより制御する方法を提案した（図 2-3-6）。

図 2-3-6 京を用いたメタンハイドレート融解のシミュレーション

ポスト「京」では、ハイドレートの分離・貯蔵機能や蓄冷材としての性能を探索する。ハイドレートの生成過程やセミクラスレートの平衡状態の計算には、従来の計算の 100 倍程度の計算資源を要するので、ポスト「京」が不可欠である。触媒については、数十原子が含まれる小規模分子系の均一触媒反応の経路探索は既存のスパコンで可能であるが、千原子程度が関わる不均一触媒表面反応経路の探索はポスト「京」がなければ不可能である。CO2 の分離・回収では化学反応を伴うために、5 千原子系、100 ps
程度の電子状態計算に基づく分子動力学シミュレーションを実行している。化学吸収法の最適化や MOFなどの固体吸収材の設計には、取り扱う系のサイズがさらに増加する必要がある。例えば、典型的な計算では、「京」では５年の時間を要するため、ポスト「京」でなければ本課題は実現できない。
（５）実施体制
サブ課題 C の実施体制を図 2−3−7 に示す。理論と計算科学は、田中（岡山大）と奥村（分子研）がハ
イドレートの融解や生成のダイナミクスの解明によるメタン生成やメタンや水素貯蔵の効率化を担当し、また石田（産総研）が田中と協力して蓄冷剤としてのセミクラスレート等の可能性を検討する。ここで主に使用する基盤アプリは MODYLAS であるが、この開発の一部を担当することにより、ソフト開発から
シミュレーションの実施まで目標の達成が可能な体制となっている。
触媒については、武次（北大）と長谷川（北大触媒科研）が協力して研究を推進する。実験グループ
別添 2-55

として、魚崎・野口（物材機構）[電極触媒]、清水（北大触媒科研）[担持金属微粒子触媒]、佃（東大）[金属微粒子触媒]、依馬（岡山大）[CO2 固定触媒]と協力する。
中井（早大）が開発と実証を進める CO2 分離・回収において、アプリケーション開発では化学反応シ
ミュレーションの遂行範囲を広げるため、DFTB 法を用いた応用計算を長年展開している IRLE（ORNL、米国）、WITEK（國立交通大、台湾）のグループと協調して、パラメータ開発を始めとした同技術のさらなる汎用化を展開する。シミュレーションでは、アミン吸収液、MOF など様々な材料について多様な条件の系統的評価を実施する。そこで得られた膨大なデータからより効率的に情報を抽出するため、情報化学分野のみならずデータマイニングを実施できる数学・数理科学分野との連携を検討する。最適な化学
吸収液の設計においては、LEE（成均館大、韓国）との国際共同研究により理論研究から混合アミンによる反応機構解明を行い、古川（早大）や鹿又（早大）の実験研究者と実証を進める。産業界との連携では、本事業より提供する理論的知見を参考に、企業において低反応熱アミン吸収液を調整し性能評価を実施するとともに、プロセス全体の統合試験から最終的なエネルギーコスト低減の効果を見積り、産業化への足がかりとする。MOF の構造設計においては、北川（京大）からの協力を得て研究を推進する。

図 2-3-7 サブ課題 C 実施体制

別添 2-56

2-4. 基盤アプリ設計・開発
ポスト「京」を有効に活用し、国家的に取り組むべき社会的・科学的課題の解決に資するアプリケーシ
ョンを開発するため、本重点課題では 4 つの基盤アプリケーションを設定する。京で実効的な超並列計算の実績があり、本重点課題で共通に利用できる観点から、量子化学計算プログラム（NTChem、GELLAN）、
分子動力学計算プログラム（MODYLAS）、第一原理計算プログラム（stat-CPMD）の 4 つを基盤アプリケー
ションとし、ポスト京での超並列計算で実効性が上がるように設計開発を行う。
平成 27 年後半にポスト「京」の基本的な仕様が決まることを前提として、コデザイン・サブ WG での活動を通して得られる情報を参考にして基盤アプリのグランドデザインを進める。早期から理研あるいは
ハードウェア・ベンダーのコンサルティングを受け、更にベンダーによる最適化作業も活用しながら、平成 31 年度のポスト「京」の試用に向けて、ポスト「京」を有効に活用できる基盤アプリを開発していく。
2-4-1. NTChem
開発目標「京」においては 1,000 原子までの分子の励起状態の量子化学計算が実現されているが、有機系太陽電池におけるヘテロジャンクションを含めた現実系界面のシミュレーションには 10,000 原子規模の取扱いが不可欠である。メモリ分割を施した効率の良い並列アルゴリズムを開発・実装する。
計算規模：原子数 五千～１万
2-4-2. GELLAN
開発目標「京」では高精度 F12 理論の超並列実装が行われており、ナノ分子のポストハートリーフォック計算が実現化されている。高効率光エネルギー変換の解明には、これに加えて 1020 の完全 CI 次元を持つ擬縮重
系や励起状態の分子構造と電子物性の計算手法を開発する。
2-4-3. MODYLAS
開発目標
原子数：1 億～10 億
計算時間：2～20 ms/step
特に高分子系への展開のため、化学結合のすり抜け等による平衡化の加速、引っ張り、圧縮、せん断、ねじれ等の機械的摂動の印加、化学結合の切断過程の記述、粗視化モデルの導入、応力分布、ひずみ分布、弾性率分布等の解析、プロトン移動における量子性の考慮、界面を有するヘテロ系でのイオン伝導度の解析等を可能とする。
2-4-4. stat-CPMD
開発目標「京」においては 数千原子サイズの系の第一原理分子動力学サンプリングが 10 sec/step 前後で実現してきた。これは FFT などのカーネル部分のチューニングによるものである。さらに反応自由エネルギ
ープロファイル計算のサンプリングの MPI 並列化が実装した。これらにより数千ノードの自由エネルギ
別添 2-57

ー計算において実行効率 29%、SIMD 化率 73%が実現している。
今後、燃料電池・二次電池の電極—電解質界面の現実系第一原理シミュレーションを行うには５千原子規模でのサンプリングが必要となる。カーネル部分のさらなるチューニングによって、実行効率の低下を最小限にしながらこのサイズの第一原理分子動力学を可能とし、さらなるサンプリング並列化、マルチプ
ル並列化を実装してフルノードの利用を可能とする。
計算規模：原子数 五千規模
機能:・サンプリング並列化、マルチプル並列化
・QM/MM などの連成シミュレーション向けたインターフェース開発
・反応自由エネルギー計算手法の高効率化
・電気化学反応・界面酸化還元反応の記述手法開発
・電子相関、自己相互作用補正、長距離力の導入など電子状態計算の改良
2-4-5. コデザイン
ポスト「京」プロジェクトでは、アプリケーション開発者と計算機システム開発者の協調によりアプリ
ケーションとシステムを協調設計していく。重点課題に関するアプリケーション開発およびポスト「京」開発において、ポスト「京」開発主体と重点課題の実施機関との間で、ポスト「京」のシステムアーキテ
クチャ等とアプリケーションの設計開発に関し、相互に要求性能・機能や評価結果等についてのフィード
バックを行いながら設計開発を同時に進める。このために、各重点課題から 1 つないし 2 つのターゲッ
トアプリケーションを選定し、ターゲットアプリケーションに対するコデザインの成果およびチューニ
ングのノウハウをマニュアル化することで、他のアプリケーションの高度化へ繋げる。ターゲットアプリ
ケーションの選定基準は下記のとおりである。
1）各重点課題の要となる計算手法を有するアプリケーションであること。
2）アプリケーションの開発体制やライセンス形態が、コデザインできるものであること。
3）全ターゲットアプリケーション群は、計算科学的手法の網羅性を有しており、コデザインおよびチューニングのノウハウのドキュメント化ができること。
これらの観点から、本重点課題からは NTChem をターゲットアプリケーションに選定し、密行列演算を共通基盤としてコデザインすることに設定した。コデザインサブワーキンググループ (以下、コデザイン
SubWG) を中心とするコデザイン推進体制を整え、2015 年度 4 月から 2 週間に 1 回程度の頻度でコデザイ
ン SubWG を開催している。コデザイン SubWG 体制を図 2-4-1 に示す。コデザイン作業は 2 つのフェーズにわけられ、下記のような推進計画である。
1． 第 1 フェーズ (基本設計期間、～2015 年 8 月)
理研 R-CCS は各実施機関と相談の上、基本設計時に使用するターゲットアプリおよび問題サイズを決める。各実施機関は実施機関側コデザイン責任者および実務担当者を決め、理研 R-CCS とともにターゲットアプリケーションを用いて、アーキテクチャ、システムソフトウェアのコデザインを行う。
2． 第 2 フェーズ (2015 年秋～2018 年 3 月)
各実施機関のコデザイン実務担当者は理研 R-CCS とともにコンパイラやシステムソフトウェア、プ
ログラミング環境、ライブラリの協調設計及び詳細設計を行う。コデザインの成果を基にアプリケ
別添 2-58

ーションチューニング方法のドキュメント化を行う。
上記の知見を、各実施機関のコデザイン責任者および実務担当者が中心となり展開し、実施機関内の新規アプリ開発・アプリチューニングを行う。理研 R-CCS は、R-CCS 側コデザイン責任者を中心に適宜 WG を組織化し、これに対する支援を行う計画となっている。

図 2-4-1 コデザインと重点課題間連携

別添 2-59

別添 2-60

３．採択時の留意事項への対応状況
指摘事項（罫線内）：（1） 課題全体として達成すべき成果を明確にするとともに、その成果実現に向けた定量的・定性的な目標（年間目標及び最終目標）を明確にすること。その際、産業界側の実ニーズを十分に把握し、本事業の成果を社会において広く活用できる具体的な道筋を明確にすること。
１章および２章各サブ課題の（２）実施内容と（３）目標・期待される成果に反映済み。

（2） 相乗効果が期待される他プロジェクト等と密に連携して取り組むとともに、役割分担を明確にすること。
１章（６）実施体制と２章各サブ課題の（３）目標・期待される成果、（５）実施体制に反映済み。

（3） 実験研究の進展をタイムリーに取り込むことのできる実験研究者との連携体制を明確にすること。また、成果の受け渡しについて、産業界とのきめ細やかな連携体制を明確にすること。
１章（６）実施体制と２章各サブ課題の（３）目標・期待される成果、（５）実施体制に反映済み。

（4） 本提案のサブ課題Ａについては、材料物性に関わる部分のみを議論するとした場合であっても、励起状態の計算のみで太陽電池の変換効率を定量的に求めることは難しいと考えられる点を含め、（1）の指摘やポスト「京」の必要性を検討及び具体化すること。
2-1．サブ課題Ａの（３）目標・期待される成果、（４）｢京｣でできていること、ポスト｢京｣でなければできないこと、（５）実施体制に反映済み。

（5） 本提案のサブ課題 B については、重点課題６（革新的クリーンエネルギーシステムの実用化）において取り組まれる電池関連の研究開発ともコミュニケーションを図り、相乗効果を図ることができる体制を明確にすること。
2-2．サブ課題Ｂの（５）実施体制に反映済み。

（6） 人件費の占める割合が大きいが、本プロジェクトで雇用する研究者（ポスドク等）の人員計画を明確にするとともに、将来のステップアップまで見据えた登用、人材育成の取組の計画を明確にすること。
人員計画については、1.(6)及び表 1-3 に記載済み。

（7）(追加指摘事項） 本提案と、重点課題６（革新的クリーンエネルギーシステムの実用化）、重点課題７（次世代の産業を支える新機能デバイス・高性能材料の創成）と方法論に共通性があることから、重点課題間の効果的な連携や産業との協力体制の一本化を検討した上で、体制を具体化すること。
1．(4)に記述しているように、本課題において開発した高精度量子化学計算、大規模第一原理計算、超大規模分子動力学計算などの方法論、アプリケーションは化学、物理、材料、生物分野等に適用できるもので
別添 2-61あり、エネルギー問題に限ることなく、広く他分野での展開も予想され、研究ツールとして重点課題１、６、７等へ提供する。また、開発アプリケーションは、ポスト「京」に限ることなく情報基盤センターや共同利用研等のインフラにおいても効率的に稼働するよう設計、開発し、またスーパーコンピューティング技術産業応用協議会
等と連携して、産業利用を念頭に置いて使い勝手のよいアプリケーションとなるよう開発する。これにより、既存のスーパーコンピュータはもちろんのこと、企業内のシステムにおいても広く展開、利用されることが期待できる。また、開発したシミュレータは、スーパーコンピューティング技術産業応用協議会ならびに重点課題６、７等と連携し、産業界での利用促進、普及を図る。
さらに、重点課題７との連携については、基盤アプリのコデザインの過程を共有するため重点課題５
より重点課題７のコデザイン・サブ WG に委員を派遣している。

別添 2-62４．中間評価時の指摘事項への対応状況
指摘事項（罫線内）：（1）課題全体として達成すべき成果を明確にするとともに、その成果実現に向けた定量的・定性的な目標（年間目標及び最終目標）を明確にすること。その際、産業界側の実ニーズを十分に把握し、本事業の成果を社会において広く活用できる具体的な道筋を明確にすること。
１章および２章各サブ課題の（２）実施内容と（３）目標・期待される成果に反映済み。特に本事業の成果を社会において広く活用できる具体的な道筋の一つとして、複数の企業（27 社）と共同研究を進めている。現在の共同研究の状況を図４－１に示す。これは、分子科学研究所を中心として、スーパーコンピューティング技術産業応用協議会（産応協）、高度情報科学技術研究機構（RIST）、計算科学振興財団（FOCUS）の協力も得て、継続している研究会・シンポジウム（事例紹介）⇒スクール
開催（人材育成・基礎知識提供）⇒アプリ講習会（開発アプリ普及）⇒共同研究・大型国家プロジェ
クトとの連携⇒研究会・シンポジウム（事例紹介）⇒・・・のスパイラルにより、得られた実績である（図４－２参照）。
今後は、産業界側の実ニーズの把握のため、産応協の「HPC アプリの将来像に関する意見交換」等の取組に協力・参画する。また、基盤アプリ等を整備している RIST、FOCUS からも産業界側の実ニーズに関する情報を入手していく。さらに本事業の成果を社会において広く活用できる具体的な道筋を発展させるため、重点課題５産業連携ワーキンググループの活動を発展させ、広報と協力し、プレス
リリース、ホームページやメーリングリスト等により、本重点課題の成果や企業での活用成果を広報・周知する。これらにより、企業側の関心を高めると伴に、共同研究推進窓口を設置し対応していく。

図 4-1

出口に向けた産業界との連携

別添 2-63図 4-2

成果利活用の道筋（2）情報科学技術分野における研究開発の論文数、学会発表数は、事業の成果を議論する上で１つの指標となりうるため、分野の特性を考慮の上、論文数、学会発表数の達成目標値を設定すること。
重点課題５全体で、年度毎の論文数の目標を 60 本とし、年度毎の学会発表数の目標を 270 件とする。

（3）予備計算などを通じて、サイエンス的な目標を明確にすること。その目標に対して、ポスト「京」でいつまでに何をどこまで明らかにすることを目指すのかを明確にすること。その時点でポスト「京」で初めてできる画期的な利活用について具体的に説明すること。
本格実施フェーズ終了時の目標（最終目標、～平成 31 年度）を、サイエンス的な目標、アプリケ
ーション開発目標および産業界での活用目標に分類し、表４－１に記載する。

（4）当初計画には人工知能との融合はないが、物質予測に向けた研究にはスーパーコンピューターと人工知能を合わせた活動も重要であり、それを考慮して計画の調整を行うこと。
｢機械学習やデータサイエンスの技術活用の検討｣を、１．実施概要に(５)として追記する。

別添 2-64表４－１

主な最終目標（赤字：サイエンス的目標、青字：産業界での活用目標、黒字：手法等アプリケーション開発目標）
別添 2-65

（5）開発アプリの国際的優位性を客観的指標に基づいて明確にすること。
国際的によく利用されているアプリケーションと開発する基盤アプリとを比較し、優位点とそれにより可能となることを整理したが非公開資料のため掲載しない。

（6）各コードの普及策を検討すること。
従来通り、重点課題５で開発する基盤アプリの普及を目的とし、学生・実験研究者だけでなく企業研究者をも対象として、HPCI 戦略分野２で実施してきた分子シミュレーション、量子化学の２コー
スを引き続き開講する（平成 30 年度参加人数：計 212 名、分子研において 11 年前から継続中）。また、基盤アプリを、｢京｣コンピュータ、岡崎共通研究施設計算科学研究センター（RCCS）、計算科学振興財団（FOCUS）等に整備し、講習会を高度情報科学技術研究機構（RIST）及び FOCUS と協力して実施していくことで、産業界（｢京｣、FOCUS）、アカデミア（｢京｣、RCCS）の利用を推進する。RIST 調
べによる利用実績を表４－２に示す。これらの取り組みの成果により、基盤アプリの NTChem と
MODYLAS は、利用アプリの上位にランクインしている。さらに、産業界側の実ニーズの把握のために
産応協の「HPC アプリの将来像に関する意見交換」等の取組に協力・参画する。
今後、RIST に協力することにより、HPCI センターへ開発アプリの整備を進める。特に産業への普及促進のため、GUI による簡易な操作と計算結果の可視化機能を実現するためプリポストソフトとの結合を検討していく。尚、既に開発アプリの MODYLAS、DC-DFTB と SMASH は、クロスアビリティ社のWinmostar（分子モデリング・可視化ソフトウェア）との連携機能が実装されている。NTChem や GELLANについても現在検討中である。

別添 2-66

表 4-2 ｢京｣を中核とする HPCI システム：利用実績のあるアプリケーション（7）本計算科学から、他の関連（実験）プロジェクトへの大きな波及を目指して、個別課題への対応だけでなく、ポスト「京」の戦略的活用のための総合的な枠組みを検討すること。
大型国家プロジェクト（元素戦略、ARPChem、ImPACT 等）との連携（18 件）は現在も進めている（図４－３、図１－３：P.21、図１－５：P.23 参照）が、今後、ポスト「京」の戦略的活用のための
総合的な枠組みとして当該サブ課題責任者、サブ課題実施者を中心とした、プロジェクト連携推進会
議設置を検討する。また、大型実験施設：SPring-8（登録機関 JASRI）、J-PARC（登録機関 CROSS）、｢京｣（登録機関 RIST）とは、連携利用シンポジウムの開催などを通して、今後も関連（実験）プロジ
ェクトのニーズを把握する。
更に、第５期科学技術基本計画の重要政策課題のひとつである｢エネルギーの安定的確保とエネル
ギー利⽤の効率化｣及びその次の科学技術基本計画への展開も見据えて、本重点課題の成果（エネル
ギーの新規基盤技術）とポスト「京」を戦略的に活用するため、前述の枠組みも活用し将来の計画を検討する。

別添 2-67図４－３

大型国家プロジェクトとの連携

別添 2-68

（別紙１）

実施機関一覧
実施機関／協力機関

備考
代表機関（課題責任者）岡崎 進

自然科学研究機構 分子科学研究所
サブ課題Ａ

神戸大学

分担機関
（サブ課題責任者）天能 精一郎

理化学研究所

分担機関（サブ課題実施者）中嶋 隆人

京都大学 学際融合教育研究センター

分担機関（サブ課題実施者）山下 晃一

大阪市立大学 大学院理学研究科

協力機関

大阪大学

協力機関

産業科学研究所

岡山大学 異分野基礎科学研究所

協力機関

岐阜大学

協力機関

大学院地域科学研究科

京都大学 大学院工学研究科

協力機関

京都大学 大学院工学研究科／WPI-iCeMS

協力機関

JXTGエネルギー

協力機関

自然科学研究機構 分子科学研究所

協力機関

首都大学東京 大学院都市環境化学研究科

協力機関

Slovak Academy of Sciences

協力機関

電気通信大学 大学院情報理工学研究科

協力機関

東京工業大学 大学院理工学研究科

協力機関

東京大学 大学院工学系研究科

協力機関

東京大学 大学院総合文化研究科

協力機関

東京大学 大学院理学系研究科

協力機関

名古屋大学 大学院理学研究科

協力機関

日本女子大学協力機関

Max Planck Institute for Solid state research

協力機関

三菱ケミカル株式会社

協力機関

理化学研究所 創発機能高分子研究チーム
サブ課題Ｂ

協力機関
分担機関
東京大学(物性研究所）（サブ課題責任者）杉野 修
分担機関
物質・材料研究機構（サブ課題実施者）館山 佳尚
分担機関名古屋大学（大学院情報科学研究科）（サブ課題実施者）長岡 正隆
分担機関名古屋大学（大学院工学研究科）（サブ課題実施者）岡崎 進
ＡＧＣ株式会社
協力機関
大阪大学 大学院工学研究科
協力機関
大阪府立大学 大学院理学系研究科
協力機関
金沢大学 大学院自然科学研究科
協力機関
九州工業大学 情報工学研究院
協力機関
京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科
協力機関
京都大学 触媒・電池元素戦略ユニット
協力機関
慶應義塾大学 理工学部
協力機関
神戸大学 大学院工学研究科
協力機関
産業技術総合研究所
協力機関
産業技術総合研究所 機能材料ｺﾝﾋﾟｭﾃｰｼｮﾅﾙﾃﾞｻﾞｲﾝ研究ｾﾝﾀｰ 協力機関
滋賀大 データサイエンス教育研究センター
協力機関
昭和電工株式会社
協力機関
住友化学株式会社
協力機関
玉川大学 工学部
協力機関
電気通信大学 情報理工学部
協力機関
東京大学 情報基盤センター
協力機関
東京大学 大学院工学研究科
協力機関

別添2-69

サブ課題Ｃ

実施機関／協力機関
備考東京大学 大学院新領域創成科学研究科
協力機関
東京大学 物性研究所
協力機関
東京理科大学理学部応用化学科
協力機関
株式会社東芝協力機関
東北大学 原子分子材料科学高等研究機構
協力機関
東レ株式会社
協力機関
トヨタ自動車株式会社
協力機関
名古屋工業大学 大学院物質工学専攻
協力機関
名古屋大学 情報基盤センター
協力機関
名古屋大学 未来材料・システム研究所
協力機関
株式会社日産アーク デバイス機能解析部
協力機関
日東電工株式会社
協力機関
福井大学 大学院工学研究科
協力機関
富士フイルム株式会社
協力機関
物質・材料研究機構 情報統合型物質・材料研究拠点 協力機関
物質・材料研究機構 エネルギー・環境材料研究拠点 協力機関
ブリヂストン株式会社
協力機関
三重大学 大学院工学研究科
協力機関
三菱ケミカル株式会社
協力機関
三菱樹脂株式会社
協力機関
横浜国立大学 大学院工学研究院
協力機関
理化学研究所 計算科学研究センター
協力機関
分担機関
岡山大学
（サブ課題責任者）田中 秀樹
分担機関
北海道大学
（サブ課題実施者）武次 徹也
分担機関
早稲田大学
（サブ課題実施者）中井 浩巳
分担機関
自然科学研究機構 分子科学研究所（サブ課題実施者）奥村 久士
株式会社IHI 技術開発本部 基盤技術研究所
協力機関
Oak Ridge National Laboratory、米国
協力機関
岡山大学 大学院自然科学研究科
協力機関
京都大学 大学院工学研究科／WPI-iCeMS
協力機関
京都大学 大学院工学研究科
協力機関
慶應義塾大学 理工学部 機械工学科
協力機関
産業技術総合研究所 機能材料ｺﾝﾋﾟｭﾃｰｼｮﾅﾙﾃﾞｻﾞｲﾝ研究ｾﾝﾀｰ 協力機関
首都大学東京 都市教養学部

協力機関

新日鐵住金株式会社 先端技術研究所
協力機関
成均館大学校、韓国
協力機関
台湾國立交通大學、台湾
協力機関
太陽誘電株式会社
協力機関(公財）地球環境産業技術研究機構(RITE) 化学研究
協力機関
グループ
東京大学 大学院理学系研究科化学専攻
協力機関
東北大学 流体科学研究所
協力機関
パナソニック株式会社
協力機関
物質・材料研究機構
協力機関
物質・材料研究機構 エネルギー・環境材料研究拠点 協力機関
北海道大学 情報基盤センター
協力機関
北海道大学 触媒科学研究所
協力機関
北海道大学 大学院工学研究院
協力機関
北海道大学 大学院理学研究院
協力機関
三菱ケミカル株式会社
協力機関
早稲田大学 先進理工学部
協力機関

別添2-70（別紙 5）

用語の説明書[アルファベット順]
CO2 分離・回収技術
工場や発電所などの発生源で化石燃料の燃焼により生じる排ガスから温室効果ガスの主成分である CO2 を大規模かつ選択的に取り除くことで大気中への放出を抑制する。地球温暖化問題の有効な対策法として注目を集めており、例えば分離・回収に続く輸送、貯留を含めた CCS（Carbon Capture andStorage）は、2050 年までの CO2 累積排出削減量の 14 %に寄与する技術であると国際エネルギー機関の CO2 放出削減シナリオでは試算されている。実用化に向けて、アミンと CO2 の化学反応を利用する
化学吸収法などの技術開発が進んでいるが、CO2 削減効果に対するエネルギーコストが高く早急な効率改善が望まれている。
DC-DFTB-K
密度汎関数強束縛（DFTB)法に分割統治（DC)法を組み合わせることにより線形スケーリングを達成し、さらに、京コンピュータなどの超並列環境に適したアルゴリズムを採用している。
化学反応を伴う分子動力学（MD)シミュレーションで威力を発揮する。
GELLAN
超高精度量子化学計算ソフトウェア、F12 理論を含むポストハートリー・フォック法の超並列計算、
任意の励起状態の計算を可能にする量子モンテカルロ(ＭＳＱＭＣ)法、対称性射影演算子を活用した
強電子相関問題への拡張や一般化混成軌道法によるマルチスケールモデル等の機能を有している。
GRRM
反応経路自動探索法のプログラム。電子状態計算ソフトウェアと連結して利用し、化学反応の遷移
状態構造と反応経路を恣意性なく網羅的に自動探索する。
MODYLAS
汎用分子動力学計算ソフトウェア、材料・ナノ・バイオ分野における分子動力学計算に必要な各種手法を備えている。また、FMM 法に基づいた長距離力の計算により高効率の超並列計算を実現し、1億原子を超える大規模系の長時間計算が可能。
NTChem汎用の量子化学計算ソフトウェア、大規模分子の基底・励起状態の電子状態と化学反応計算、重原子分子計算、様々な物性値計算を可能とする。｢京｣の 71,288 ノードを使用した 9,840 原子軌道の計算において 32%の実行効率を達成。
RedMoon
Red Moon 法（混合 MC/MD 反応法）のアプリケーションプログラム。電極-電解液界面系での反応シ
ミュレーションを可能とする。
SMASH
大規模並列電子状態計算プログラム、Hartree-Fock、DFT や MP2 エネルギー及び分子構造計算が可能。機能毎にモジュール化されており、他のアプリケーションプログラムとの連携が容易である。

別添 2-74

stat-CPMD
第一原理計算コード CPMD をベースに、機能を追加し「京」向けに高速化・高次並列化したアプリ
ケーションプログラム。「京」において数千原子サイズの系の第一原理分子動力学サンプリングを、
10 sec/step 前後で実現している。さらに並列化された反応自由エネルギープロファイル計算機能を実装している。
STATE
第一原理分子動力学計算のための計算アプリ。特に、金属電極を含んだ計算を可能とする。
[五十音順]
イオン液体（Ionic Liquid, IL）
カチオン・アニオンのみから構成される溶融塩であり、特に室温付近に融点を持つイオン液体（RTIL）
が研究の中心となっている。不揮発性、高い熱・化学的安定性、イオン組み合わせによる特性の制御などの特徴が知られており、水や有機溶媒に続く溶媒として関心を集めている。
開放電圧
何も接続していない開放状態での電圧のこと。太陽電池が起こす最大限の電圧と見なすことが出来、性能の目安となる。
金属有機構造体（Metal Organic Framework, MOF）
金属イオンと有機配位子間の相互作用により形成される周期性の高い結晶性化合物である。構成要
素の種類によって形状の精密制御が可能であるという特徴を有する。架橋構造であるため内部に空間を持ち、それを活かしたガス分子の吸着や触媒反応の反応場への適用が期待されている。
空間電荷層
二つの物質が接触する界面に生じる電荷が集積したり欠乏したりする領域。通常は電子について用いられる。
固体高分子形燃料電池
水素イオン輸送型の燃料電池。低温動作し、しかも高速な運転の開始停止ができるため、車載用の燃料電池としての用途がある。電極触媒として白金合金を用いるため高価で、普及を図るためには白金使用量を減らす必要がある。
次世代二次電池
リチウムに代わって、資源がより豊富で偏在化していないナトリウムを利用したナトリウムイオン
電池、劣化の主要因となっている電解液をより安全・安定な無機固体電解質に置き換えた全固体電池などを指す。その先に 1 価イオンの代わりに Mg などの 2 価イオンを用いた多価イオン電池やリチウ
ム酸化物を正極に用いて蓄電エネルギーを理論的に 10 倍程度に押し上げられるリチウム空気電池などもその次の世代として検討されている。
ゼオライト
ケイ素とアルミニウムが酸素を介して結合することにより形成される多孔質な結晶構造である。天然鉱物として産出されるものばかりでなく、人工的に合成することも可能である。イオン交換材料や吸着剤、触媒など多方面に幅広く利用されている。

別添 2-75

セミクラスレート
メタンハイドレートと同様に水とゲスト分子から成るが、ゲスト分子は篭に入りきらないほど大きく、水分子の一部をゲストが置き換えたうえで、空洞も占有しているハイドレートである。ゲスト分
子の選択により、融解温度を氷点よりもかなり高くすることも可能であり、効率的な蓄冷材の候補である。
多核金属錯体
金属活性中心を複数含む錯体。生命現象では光化学システムを担うマンガンクラスタや鉄イオウ系が代表的であり、新奇な触媒の発見が期待されている。
第一原理計算物質内部の多数の電子の状態を量子力学的方程式に基づいて取り扱う理論である密度汎関数理論
をベースにした経験パラメータを利用しない高精度な計算シミュレーション。運動方程式を用いて原子・分子のダイナミクスまで行うのが第一原理分子動力学計算。
短絡電流
外部電圧が 0V 時の電流であり、電流の最大値を意味する。太陽電池の特性を表す指標の一つである。
蓄冷材
ここでは、車載などの短時間冷風維持のための低温材料を指す。相転移による大きな潜熱を利用した物質が有効であり、セミクラスレートやパラフィンが候補である。
電位
電極と電解液の間の電位差のことを指す。電気化学のもっとも基本的な概念。
電荷再結合
電荷分離からキャリア移動へ辿り着く以前に生じる電荷—正孔再結合のことであり、太陽電池や光合成系の性能低下の最大の原因である。
電気二重層
固液界面に生じる電荷が集積したり欠乏したりする領域。通常溶液側のイオン分布の変調による電位変化領域を指す。
電極界面被膜（Solid Electrolyte Interphase: SEI 膜）
リチウムイオン電池の電極上にできる、電解液分子が分解することで出来る皮膜。電解液の余剰分解を制御するための低い電気伝導性と高出力に向けたリチウムイオン高伝導性、そして繰り返し充放電に対する安定性などが求められている。
燃料電池
水素イオン（プロトン）輸送型と酸素イオン輸送型に大別される。前者の代表格としては、燃料極（負極）で水素イオン（プロトン）が生成し、それが固体高分子でできた電解質膜を通って空気極（正極）側に移動し、空気極上で空気中の酸素と結合して水を生成することで発電する固体高分子形燃料電池がある。一方、空気極上で酸素イオンが生成し、固体酸化物電解質を通って燃料極にてプロトンと結合して水が生成するタイプの固体酸化物形燃料電池が後者の代表格である。

別添 2-76

分子動力学計算
原子間力を経験ポテンシャルで記述し、運動方程式を用いて原子・分子のダイナミクス・サンプリ
ングを行う計算手法。より大規模・長時間の計算シミュレーションが可能となる。
ヘテロ接合
バンド構造の異なる半導体からなる接合であり、ダイオードや太陽電池を形成することが出来る。
メタンハイドレート
ホスト分子の水とゲスト分子であるメタンからなる結晶であり、 低温・高圧下で安定に存在する。
水分子どうしが水素結合をしてできた篭状の空洞にメタンは包接されている。 液体の水にはメタンは殆ど溶解しない(0.001%以下)が、メタンハイドレートでは 15%近くとなる。日本近海を含む地球上の様々な場所にメタンハイドレートが豊富に存在し、海底のメタンハイドレートを採掘する技術開発が進められている。また、メタンの中規模の貯蔵として、大気圧下-20℃で安定であることから、-160℃を要する液化法よりもエネルギー効率が良いとされている。
モルフォロジー
物質のメソスコピックな組織形成。有機薄膜太陽電池では励起子やキャリア輸送といった、デバイスの性能を決定付ける大きな要因である。
有機溶媒
有機分子からなる液体。水に比べて高電圧まで分解耐久性があることから、高電圧が特徴のリチウ
ムイオン電池に多用される。一方、燃えやすいという欠点も持つ。
リチウムイオン二次電池
リチウムイオンを用いた充電池。リチウム酸化物の正極、炭素系物質の負極の間にリチウム塩（リチウムイオンと陰イオンの化合物）を溶かした有機溶媒系の電解液と高分子膜でできたセパレータを挿入したものが代表的な構成。重量あたりの蓄電エネルギーが大きい特徴を持つ。しかし電解液の劣化、リチウムイオン材料のコストといった技術的課題も残っている。

別添 2-77