多田研究室―研究室紹介 #68―

材料系では「金属」「有機材料」「無機材料」の3つの分野にフォーカスし、独創的かつ挑戦的な研究・開発を推進しています。

研究室紹介シリーズでは、ひとつの研究室にスポットを当てて研究テーマや研究成果を紹介。今回は、計算機シミュレーションによる電子状態計算から、新物質・新機能・新概念を導く理論的研究を行う、多田研究室です。

研究分野	計算材料学 / 分子エレクトロニクス / 無機材料 / 量子輸送理論
キーワード	第一原理計算、マルチスケール計算、化学反応、輸送現象
Webサイト	多田研究室 多田朋史 - 研究者詳細情報（STAR Search）

研究目的と概要＜新たなコンセプトを生み出せる理論研究を＞

近年の計算機の飛躍的発展により、一定の信頼性を確保した上で電子状態計算による材料探索／特性予測が実行可能になってきました。中でも、第一原理計算は原理的に実験値不要の計算手法であり、新物質探索を行う上では欠かせない手法となっています。新物質の探索はもちろん、新機能へのヒント、そして複雑に見える現象を見通しよく整理するための新概念を計算結果から抽出し、世に必要とされる潮流を生み出せる理論の構築を目指しております。

研究テーマ＜分子素子、量子情報素子、エネルギー変換、新材料探索＞

単一分子素子と量子情報素子

単一分子素子とは、分子一個が電極に接続され、それが電子素子ユニットとして機能しうるコンセプトの微視的接合体です。素子として高い電気伝導度を得るための接続規則を分子軌道から予測できる事を見出し、この分子素子を集積して量子コンピュータを作るための動作原理と、そこで必要となる物理的条件について研究しております。

固体酸化物形燃料電池

イオン伝導性をもつ固体電解質を用いることで、効率よく化学エネルギーを電気エネルギーに変換できるシステムが固体酸化物形燃料電池です。原子レベルの電子状態計算からマクロスケールの物理量までをつなげるマルチスケール計算技術を開発し、実計測と対応させながら材料設計を行っております。

二次元エレクトライド材料探索

エレクトライドとは電子がアニオンのように振舞うユニークな材料です。そのアニオン電子を二次元的に内包する二次元エレクトライドを第一原理計算と化学的考察をもとに探索しております。

当研究室について＜化学、物理、生物、材料＞

研究体制

多田は2013年1月1日に東京大学から赴任いたしました。大学院生2名、博士研究員1名、技術員2名の六人体制の小さな研究室ではありますが、各々の専門分野は化学、物理、生物、材料と多様です。研究テーマに関する議論はもちろん、それ以外のトピックに関しても時間を選ばず話合うことのできる環境を大切にしております。

研究道具

紙と鉛筆（最近はタブレットとタッチペンでしょうか）で夢を描き、それを具現化しうる道筋を提起するための道具として計算機を用います。当研究室は20コア計算機を10ノード、16コア計算機を34ノード、12コア計算機を5ノード、8コア計算機を2ノード有しております。もちろんTSUBAMEも使用いたします。数値計算を行う際に計算ソフトも必要になりますが、市販のソフトを用いる場合と、自作のソフトを開発して用いる場合があります。理論研究を始めるうえでコンピュータやプログラミングに関する経験があるに越したことはないですが必須のものではありません。一番大切なのは豊かな想像力でしょう。

その他

研究活動において理論計算をどう位置づけるかはご自身次第です。実験をやりつつ、それだけでは見えない部分を理論計算で補いたいという方もいれば、ただ単に理論が好きで実験はあまり得意ではないから、という方もいるでしょう。多田は後者でした。きっかけは様々です。当研究室にご興味を持たれた方は是非一度お立ち寄りください。

材料系の全研究室を紹介したパンフレットは広報誌ページでご覧いただけます。

• 広報誌
• 研究室と研究テーマ
• 書き換え可能な電子素子を分子一つだけで開発―究極の微細化と低消費電力の電子回路へ一歩― ｜ 東工大ニュース
• 本気で新材料を創り出す研究者魂 ｜ 研究ストーリー ｜ 研究
• 元素戦略研究センター

※この内容は2016年4月発行の材料系 無機材料分野パンフレットによります。最新の研究内容については各研究室にお問合せください。