Maezono Group
前園グループ/مجموعة مايزونو/กลุ่ม มาเอะโซโน/मेइजोनो समूह /前园研究室

Electronic Structure Calculation Group at JAIST

Inter-disciplinary/International.
Based on the Quantum Many-body theory as our background, we are working on wide-ranged topics from fundamental problems of many-body theory to industrial applications of nano-simulation, including High Performance Computing using various super computers avaiable in JAIST. International collaborators are ranging not only in US/European countries but also in Asian, African, Indian, and Middle East countries.
我々のグループは、多体電子論を出自の学問基盤として、量子多体系の基礎的問題から、産業科学としてのナノシミュレーション、関連するスパコン高速計算科学まで幅広く研究展開しております。欧米の関連研究グループのみならず、アフリカや東南アジア域、インド、中東域にも学生派遣を含めて国際的に連携しています。

About JAIST
JAIST was founded in October 1990 as the first governmental independent graduate school in Japan, to carry out graduate education based on research at the highest level in advanced science and technology. JAIST aims at establishing an ideal model of graduate education for Japan. More than 40% of JAIST students are from overseas.
北陸先端大は、学部を持たない日本初の国立大学院大学として設立され、大学院教育設計に関する、数々の新しい制度導入に実績のある、極めて特色の高い教育研究機関です。

01/Research Interests/研究内容

We are working on ab initio electronic structure calculations, especially highlighting Quantum Diffusion Monte Carlo techniques, but even with DFT, MO, and CALPHAD. The field is highly interdisciplinary, ranging Physics, Chemistry, Biology, Computer Science, and Statistics. Our group has originally focused on electron correlations in quantum many-body physics, but recent massively parallel computers have extended our research interests to diverse topics as above.
量子モンテカルロ法電子状態計算/第一原理量子モンテカルロ法/量子拡散モンテカルロ法というシミュレーション手法を核に研究を進めています。物理学・化学・計算機科学・統計科学などをベースとした高度な複合科学です。元来は多体電子論/電子相関を専門とした物性理論の研究グループですが、下記いずれもの側面から研究展開が可能です。

See Publications for more details about which topics and grants we're working on.
どのようなテーマで成果を得ているか、どのような外部資金を獲得しているか研究業績の項目もご覧下さい。

  • [Keywords] ; Electronic structure calculation, Quantum Monte Carlo method (QMC), more specifically Diffusion Monte Carlo (DMC) method, CASINO code.
    English Flyer
  • High Performance Computing (Computer Science)/高速シミュレーション科学(計算機科学)
  • Nano Materials Informatics (Computational Materials Science)/ナノ産業応用科学(計算物質科学)
  • Quantum Many-body theory (Theoretical Condensed Matter Physics)/多体電子論基礎科学(物性理論)
  • Statistical Science/統計科学

電子レベルのミクロな物質科学を対象とした最も信頼性の高いシミュレーション法である量子モンテカルロ法、特に拡散モンテカルロ法を用いた第一原理電子状態計算による多体電子論シミュレーションと、此に関わる高速シミュレーション科学(スパコンを駆使したシミュレーション)を専門に研究を進めております。日本語概要

Article written in Chinese (internship)
中文报道《樱花科技计划体验记》

02/Projects based on grants/代表的な外部資金獲得

021/Quantum Many-body problem

  • "Theoretical investigation for the possibility of poly-exciton phase in 3-dim electron-hole gas",
    Grant-in-Aid for Scientific Research of MEXT, Japan, Fostering Joint International Research
    (Representative; 2018.4 - 2019.3 (as planned); [12,000,000 JPY])
    「3次元電子正孔系におけるポリ励起子相出現可能性の理論的解明」
    H30年度科学研究費助成事業(学術研究助成基金助成金)/研究代表者
    国際共同研究加速基金(国際共同研究強化))交付内定(数物/物理学/物性I)
  • "Density matrix/pair distribution function method for exploring novel phases and transitions in electron-hole gas",
    Asahi glass foundation, Research encouragement grants 2014,
    (R.Maezono, Representative; 2014.4-2016.3; [2,000,000 JPY]).
    「密度行列・対分布関数解析法を用いた電子正孔系における新奇相出現と相転移の解明」
    研究代表/旭硝子財団・平成26年度採択
  • "Theoretical investigation for the possibility of poly-exciton phase in 3-dim electron-hole gas",
    'Grant-in-Aid for Scientific Research, MEXT, Japan,
    (R. Maezono, Representative; 2014.4-2017.3; [8,010,000 JPY]).
    「3次元電子正孔系におけるポリ励起子相出現可能性の理論的解明」
    研究代表/科研費基盤B(数物/物理学/物性I)・平成26年度採択
  • "Multi-component Monte Carlo method applied to Electron-hole systems",
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas "Optical Science of Dynamically Correlated Electrons",
    MEXT, Japan,
    (R. Maezono, Representative; 2011.4-2013.3; [5,200,000 JPY]).
    「多成分量子モンテカルロ法を用いた電子正孔系の研究」
    研究代表/科研費新学術領域「半導体における動的相関電子系の光科学」・平成23年度採択
  • "Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-Equilibrium Dynamics",
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas, MEXT, Japan,
    (R. Maezono, Group member; 2010.10-2015.3; [5,500,000 JPY]).
    「第一原理系励起状態の多体論と高転移温度超伝導物質デザイン」
    研究分担/科研費新学術領域「コンピューティクスによる非平衡・相関科学の開拓」・平成22年度採択
  • "Precise electronic structure calculations on biochemical molecules including transition metal ions",
    JST, Precursory Research for Embryonic Science and Technology,
    (R. Maezono, Representative; 2004.10-2007.9; [28,150,000 JPY]).
    「遷移金属イオンを含む生化学分子の電子論的精密計算」
    研究代表/JSTさきがけ・平成16年度採択

022/Industrial Applications

  • "XPS spectrum analysis using Materials Informatics applied to nano-materials design of catalysis used for NOx reduction reactions",
    Collaboration grant by Toyota Motor Corporation 2017
    (Representative; 2017.4 - 2019.3; [10,000,000 JPY])
    第16回「トヨタ先端技術共同研究公募」(2017年度)/研究代表者
    「NOx還元反応を促進させる触媒ナノ構造解明のための機械学習によるXPSスペクトル解析」
  • "Computational study of contact angles in wettability based on nano-modelings of local structures at interfaces",
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas of MEXT, Japan,
    (Representative [K. Hongo]; 2017.4-2019.3; [4,420,000 JPY]).
    「界面局所構造のナノモデリングに基づく濡れ性接触角の第一原理電子状態計算評価」
    研究代表(本郷)/科研費若手研究(B)・平成29年度採択(課題番号17K17762)
    (工学/材料工学/複合材料・表界面工学/表界面/粒界制御)
  • "Computational approaches to microscopic control of wettability in liquid processes for fabricating semiconductors",
    Grant-in-Aid for Young Scientists B, MEXT, Japan,
    (Representative [K. Hongo]; 2015.4-2017.3; [4,160,000 JPY]).
    「半導体液体プロセスにおける微視的濡れ性制御:計算科学的アプローチ」
    研究代表(本郷)/科研費若手研究(B)・平成27年度採択(課題番号15K21023)
  • "Ab initio computational study for electrodes formation on diamond power semiconductor devices aiming at the energy conversion efficiency",
    Interchange Association, Japan,
    (R. Maezono, Representative; 2014.9-2014.9; [Grant for three group memebers to visit Taiwan staying for a week]).
    「エネルギー効率化を実現するダイアモンドパワー半導体への電極形成を対象とした計算材料科学的研究」
    研究代表/(公財)交流協会・若手研究者交流事業・グループ派遣(短期)・平成26年度採択
  • Electronic structure study on the Ohmic contacts of Diamond Semiconductor",
    Research Grant by TOKUYAMA science foundation, Japan,
    (Representative; 2012.6-2013.5; [1,988,000 JPY]).
    「ダイアモンド半導体のオーム性接合電極形成に関する計算科学的研究」、
    研究代表/(公財)徳山科学技術振興財団・平成24年度研究助成

023/Condensed Matter Theory

  • "Computational studies on Phonon Engineering",
    Research Interests of the Air Force Office of Scientific Research, Asian Office of Aerospace
    Research and Development (AFOSR-AOARD).
    (Representative; 2017.6 - 2020.5 (as planned); [90,000 USD])
    「フォノンエンジニアリング・シミュレーション」
    米空軍アジア宇宙航空研究開発事務所研究助成/研究代表者
  • "Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities"
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas, MEXT, Japan.
    (K. Hongo, Group member; 2016.10-2020.3; [12,800,000 JPY]
    &color(red){「複合アニオン化合物の創製と新機能」
    研究分担(本郷)/新学術領域研究・平成28年度採択(課題番号16H06439)
  • "Co-education on electronic structure evaluations with synthesis groups working on Mixed Anion compounds",
    Grant in Aid for Scientific Research on Innovative Areas
    "Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities", MEXT, Japan.
    (Representative; 2017.4 - 2019.3; [1,150,000 JPY]).
    「実験グループへの技術移転を目指した新規複合アニオン物質の電子状態計算協働教育」、平成29〜30年度
    文部科学省科学研究費補助金新学術領域「複合アニオン化合物の創製と新機能」(領域代表者/陰山洋)
    公募研究/研究代表者(課題番号17H05478)

024/Materials Informatics

  • "Effective searching of materials structure using Bayesian inference"
    Japan Science and Technology Agency,
    Precursory Research for Embryonic Science and Technology,
    (K. Hongo, Representative; 2016.10 - 2020.9; 36,000,000 JPY).
    JST戦略的創造研究推進事業「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した
    先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」
    個人型研究(さきがけタイプ)・平成28年採択(課題番号: 16813350;グラント番号: JPMJPR16NA)
    研究代表者(本郷)
    「ベイズ事後分布を探索重みに活用した物質構造探査の予測性向上」
  • "Materials research by Information Integration”(MI2I) Initiative"
    JST InnovationHub, Japan Science and Technology Agency, Japan,
    (K. Hongo, Group member; 2015.7-2020.3; [4,500,000 JPY])
    「情報統合型物質・材料開発イニシアティブ」
    研究分担(本郷)/JSTイノベーションハブ構築支援事業・平成27年度採択
  • "Data-driven predictive approach for designing drug molecules with Bayesian statistics and quantum chemistry",
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas of MEXT, Japan,
    (K. Hongo, Group member; 2015.4-2019.3; [1,400,000 JPY]).
    「ベイズ統計と量子化学を基盤とする新薬候補分子の探索(研究代表:吉田亮)」
    研究分担(本郷)/科研費基盤(B)・平成27年度採択
    (情報学/情報学基礎/統計科学)
  • "Improvement of local force calculations taking into account leptokurtotic distributions of QMC sampling",
    Grant-in-Aid, MEXT, Japan,
    (R. Maezono, Representative; 2010.4-2012.3; [3,510,000 JPY]).
    「分布急尖性を考慮した量子モンテカルロ法による原子局所力計算の改善」
    科研費若手研究/研究代表(工学/応用物理学・工学基礎/工学基礎)・平成22年度採択

025/High performance computing

  • "New updating scheme for Quantum Monte Carlo method suitable for the acceleration
    using hybrid parallelization",
    Grant-in-Aid, MEXT, Japan,
    (R. Maezono, Representative; 2013.4-2015.3; [4,030,000 JPY]).
    「ノード内並列に適した量子モンテカルロ電子状態計算の新しい配位更新法の開発と検証」
    研究代表/科研費挑戦的萌芽(総合理工/計算科学/計算科学)・平成24年度採択
  • "Diffusion Monte Carlo study on periodic solid systems",
    Grant-in-Aid, Innovative Areas "Development of
    New Quantum Simulators and Quantum Design", MEXT, Japan,
    (R. Maezono, Representative; 2005.10-2009.3; [30,800,000 JPY]).
    「固体系拡散モンテカルロ法の開発」、
    研究代表/科研費特定領域「次世代量子シミュレータ・量子デザイン手法の開発」・平成17年度採択

026/Outreach activities

  • 「量子モンテカルロ法電子状態計算のチュートリアル講演」
    研究代表/村田学術振興財団・平成26年度採択海外派遣

03/Research interests/研究テーマ

031/High Performance Computing (Computer Science)/高速シミュレーション科学(計算機科学)

We are performing massively parallel simulations using various types of cutting-edge supercomputers in Japan, i.e., the K computer at RIKEN and several supercomputers at JAIST (Cary XC30 was ranked in Top500 SCs as of June 2013). In addition, we have our own test environment of parallel computation consisting of more than 800-core PC clusters and GPGPU clusters.
JAISTのスパコン群や、神戸の京速スパコン、グラフィックカードなどを駆使した高速大規模シミュレーションに取り組みます。

032/Nano Materials Informatics (Computational Materials Science)/ナノ産業応用科学(計算物質科学)

電池や腐食、触媒反応や生化学反応など、今後ますます重要となる電子レベル・シミュレーションの産業応用を見据えての、信頼性の高いナノマテリアル・シミュレーションに取り組みます。

033/Quantum Many-body theory (Theoretical Condensed Matter Physics)/多体電子論基礎科学(物性理論)

We are tackling fundamental problems in quantum many-body physics, where there still exists open questions about origin of diversity of quantum many-body effects arising from interacting particles, i.e., magnetism, superconductivity, as well as molecular interactions.
多数の粒子が量子力学的な相互作用で多体系を構成する際の多様性の根源に関しては、未解明問題も多く高度に基礎科学的な研究テーマです。磁性や超伝導、分子間力の根源に迫る基礎課題に取り組みます。

034/Statistical Science/統計科学

We are developing statistical simulation techniques that enable us to acquire knowledge from big sampling data. For instance, we have devised optimal sampling techniques, taking account of characteristic structures of distribution functions.
&color(red){大量のサンプリングデータから知識を再構築するという側面をもったシミュレーションを
扱っています。統計量の最適化手法、特にサンプリング対象の統計分布関数の特性を
考慮した最適化手法の改良に取り組みます。};

GB2.png
図版;量子モンテカルロ法コード「CASINO」を京スパコン上で運用して
53万並列までの高い超並列性能を達成(左図)
研究室内に自作クラスタ計算機を構築、バッチジョブ、LUSTREファイルシステムを運用(右図)

04/日本人学生の海外派遣実績

当グループでは「海外で逞しく活躍できる学生の育成」に努めています。これまでに以下のような出張事案を扱いました:
Last up date: 14/Mar./2017

  • 上嶋君
    ケニア/M1冬/2010年度、ケニア/M2冬/2011年度
  • 林君
    ケニア/M1冬/2012年度
  • 今村君
    ケンブリッジ/M1冬/2012年度
  • 西君
    台湾/M2夏/2014年度、インド/M2冬/2014年度
  • 上田君
    イタリア/M2夏/2013年度、ブラジル/M2冬/2013年度、
    台湾/D1夏/2014年度、イタリア/D1夏/2014年度、インド/3ヶ月滞在/D1冬/2014年度
    スペイン/D2夏/2015年度、インド/3ヶ月滞在/D2冬/2015年度、中国/D2冬/2015年度
  • アピチャイ君
    スペイン/D1夏/2015年度、プーケット/D3冬/2016年度、イタリア/D3冬/2016年度
  • 市場君
    インド/M1春/2015年度、ケンブリッジ/M1夏/2015年度、インド/3ヶ月滞在/M1冬/2015年度、アメリカ/M1冬/2015年度
    ガーナ/M2春/2016年度、インド/M2夏/2016年度、インド/M2夏/2016年度、インド/M2冬/2016年度、プーケット/M2冬/2016年度、ケンブリッジ/M2冬/2016年度、中国/M2冬/2016年度、アメリカ/M2冬/2016年度、イタリア/D1/2017年度
  • アディ君
    インド/研究生/2015年度、インド/研究生/2015年度、アメリカ/研究生/2015年度、
    インド/M1夏/2016年度、インド/M1冬/2016年度、プーケット/M1冬/2016年度 、アメリカ/M1冬/2016年度
  • シン君
    中国/M1冬/2016年度、イタリア/D2/2017年度
  • 中野君
    イタリア/D1秋/2016年度、イタリア/D2/2017年度
  • ゲンキ君
    イタリア/M1/2017年度

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