量子物質情報理論学

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物質科学専攻科目・選択科目

理学研究科

1年

HSSMM5MCA1

2.0単位

講義 (Lecture)

2026年度前期

草部　浩一

理学研究科

日本語

目標9

曜限：月曜、水曜の１限、場所：播磨理学キャンパス研究棟708室
その他の日程でも調整するので、必要な場合はkusakabe@sci.u-hyogo.ac.jpまで連絡すること。

kusakabe@sci.u-hyogo.ac.jpにメールを送信すること。ユニパの授業Q＆Aでも連絡を受け付ける。

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1◎／4〇

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目標１:磨き続ける力

【講義目的】マテリアルズインフォマティクスにおける必須の要素である電子状態計算法に基づいて、物質の設計、機能の創発、システムデザインを担っていくために必要となる量子シミュレーションの原理と動作が理解でき、簡単な場合の計算事例が取得できる。量子情報理論に密接に結びつく物質解を与えるための量子強相関多体系の物理を物質中で発現させてそれを制御して活用する方法を理解できて、そのための機械学習の活用やアルゴリズム創出法の運用を示すことができる。磁性体、超伝導体等の設計や、コヒーレント素励起の基礎理論、触媒能賦活化や高速化学反応制御法への展開にも論究する。

【到達目標】物質中の電子の基礎理論と量子多体摂動理論の構成を説明し、物質中の電子状態を表現する密度汎関数法を量子力学に基づいて用いて、応用することが出来る。マテリアルズインフォマティクスによる物質設計法を説明し、量子シミュレーションによる物質解の探索法を選択して応用することが出来る。

キーワード：物質科学、電子状態計算、物質設計

【講義内容】
マテリアルズインフォマティクスにおける必須要件である電子状態計算法を詳説し、物質の設計、機能の創発、システムデザインまでを講義する。機械学習等のインフォマティクスの基礎と物質科学における応用を講義する。
【授業計画】
本講義では、簡単なガイダンスの後に、上記のテーマについて以下に示す順序で授業を行う。
１．ガイダンスと多体電子論のための量子力学と統計力学の復習
２．分子軌道とブロッホ軌道、ワニエ軌道に基づく第二量子化法
３．物質の電子状態と密度汎関数理論の基礎
４．物質の凝集機構と結合様式
５．トポロジカル物質の電子論
６．金属絶縁体転移の表現論
７．超伝導状態の表現論
８．電子相関と量子多体摂動理論
９．局在磁性の表現論
１０．磁性と超伝導の有効理論
１１．強相関電子系の物質設計
１２．圧力誘起構造相転移と物質探索
１３．表面や物質中における原子拡散とその応用
１４．高速化のためのアルゴリズムと応用例
１５．インフォマティクスと量子論に基づく展開
期末試験

対面

・対面授業のみ
・遠隔授業単位上限の適用を受けない

利用する場面を限定し許可

生成ＡＩの利用にあたっては『本学の教育における生成ＡＩの取扱いについて（学生向け）』の記載内容について留意すること。
この授業においては、以下の範囲において、生成ＡＩの利用を許可し、これ以外の範囲での利用は禁止する。
生成系AIの利用については担当教員の指示に従うこと。
教員が認める範囲を超えて生成ＡＩを利用したことが判明した場合は、単位を認定しない、又は認定を取り消すことがある。
生成ＡＩの出力した内容について、事実関係の確認や出典・参考文献を確認・追記することが重要である。
また、生成系AIによる出力結果をそのまま課題・レポートとして提出してはならない。
利用可の範囲: 講義資料の要約、課題・レポート文案作成、ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾐﾝｸﾞの補正、数式の計算等における補助的利用

テキストを講義中に配布する。

広い意味でマテリアルズインフォマティクスに関わる書籍や専門書は多数出版されている。
多体電子論の参考書としては、「多体電子論I 強磁性」草部浩一、青木秀夫著、「多体電子論II 超伝導」黒木和彦、青木秀夫著を用いる。
電子状態理論の参考書としては、「物質の電子状態 上、下」R.M.マーチン著 寺倉清之／寺倉郁子訳 丸善出版 (2012)を用いる。

【予習】毎回の授業で指示するテキストを事前読み込みしてくる。(30h)
【復習】講義内容の理解を深め定着させるためにテキスト、教材を読み直し、課題、レポートを作成する。(30h)

採用しない。

【成績評価の基準】物質中の電子状態に関する多体電子論とマテリアルズインフォマティクスの活用に関する課題へのレポートと試験結果における、知識・技能、思考力、判断力、表現力を考慮し、講義目的・到達目標に記載した能力の到達度に応じてS(90点以上)、A(80点以上)、B(70点以上)、C(60点以上)による成績評価のうえ、単位を付与する。
【成績評価の方法】定期試験50%、レポート及び中間テスト50%を基準として総合的に評価を行う。

提出されたレポートについて、担当教員が評価し、コメントを併せて記載する。

授業中に指示する課題はもとより「講義内容・授業計画」で記した事柄について授業外学習を十分に行いつつ講義に出席すること。

該当しない