スパコンを自由に使える研究環境を求めてJAISTへ

私は大学院時代をJAISTで過ごしました。きっかけは、物性物理を専攻していた学部時代、「金属や半導体など材料の性質は、その中にある電子がどのように並び、互いにどう影響し合っているかによって決まる」「電子のふるまいは、量子力学の方程式をスーパーコンピュータでシミュレーションすることで正確に予測できる」という話に興味を持ったことです。実際に自分の手でシミュレーションを行ってみたいと、学生がスパコンを自由に使って研究できる大学を探してたどり着いたのがJAISTでした。当時、情報科学研究科で量子シミュレーションの研究をしていた前園涼先生に直談判し、学部4年の夏休みに研究プロジェクトに参加させてもらった後、特別選抜制度でJAISTに入学しました。修士の終わりには研究論文を出版し、日本学術振興会特別研究員に採択。その後、アメリカの国立研究所から雇用オファーがあったことから2年半で博士後期課程を修了して渡米し、当時世界最速のスパコンを使ったシミュレーション研究に携わりました。アメリカ滞在4年目のタイミングで、恩師から「学生指導に協力してほしい」との打診があり、帰国して教員としてJAISTに着任し、現在に至ります。

AI技術と量子シミュレーションでマテリアルズ・インフォマティクスに挑む

私たちの研究室は、コンピュータを使って材料の性質を予測する、新しい材料を見つける、ということを研究の軸としています。近年は、計算科学・データ科学と材料科学を融合させ、新しい材料の設計、探索を加速させるマテリアルズ・インフォマティクスという学際的な研究領域が世界的に活発になっています。自動車、半導体、医療、製薬、エネルギーといったあらゆる最先端分野で、材料の限界が製品の性能の限界になっている今、マテリアルズ・インフォマティクスには大きな期待が寄せられており、当研究室でもJAISTが誇るスパコン基盤の上で、AI技術と量子シミュレーションを駆使して諸問題に挑戦しています。
具体的な研究活動としては、まずシミュレーションそのものを、より正確で信頼できるものにするための計算手法の開発に力を入れています。ニューラルネットワークを利用して電子状態を予測する際に計算効率を大幅に向上させる新技術を開発したり、実験では同定できない結晶構造を予測する手法を開発したり、熱伝導率が高いポリマー結晶を計算機上で探索したりと、これまでにない着眼点でインパクトのある研究成果も出しています。

我々の研究結果

PH（Pseudo-Hamiltonian）：市場准教授が開発した、電子の振る舞いを簡略化して表現する計算手法。従来法に比べて計算効率が高い。

リチウムイオン蓄電池の高容量化に向けてより伝導率の高いリチウムイオン伝導体を探す、電気自動車の駆動モータに用いられる高性能磁石材料の組成を提案するなど、企業との共同研究も複数進行中です。産業界で広くコンピュータシミュレーションが利用されている今、実験系研究者などマテリアルズ・インフォマティクスの非専門家が実務でシミュレーションを活用できるよう指南した入門書（『動かして理解する 第一原理電子状態計算』（森北出版））も出版しています。
物質材料の研究は、知見の積み重ねによって進んでいきます。ひとりの研究者の着想がブレイクスルーをもたらすこともありますが、その背景には、長年にわたる知見の蓄積があります。過去の成果から学び、一つひとつ壁を乗り越える。その積み重ねから、新しい知見や技術が生まれていきます。私自身も、目の前の課題に実直に向き合い、確かな成果を積み重ねることで、学術を一歩ずつ前に進めていきたいと考えています。

JAISTは本気で研究したい学生が挑戦できる場所

JAISTには少人数組織の特性を活かしたきめ細かな教育・研究体制が整えられており、「本気で研究をやってみたい」と思った学生が、実際に挑戦できる環境があります。規模の大きな大学では、学生が研究・実験設備を使用するには書類申請とその後の順番待ちが必要になりますが、JAISTでは入学すれば誰でもスパコンや世界最高水準の実験機器を日常的に利用でき、自分のアイデアを研究としてかたちにしていけます。入学時期や修了時期などにも柔軟性があり、個々の学生が自身の状況や希望に応じて進路を描いていける余地もあります。私もそうでしたが、「最先端の研究に挑戦してみたい」「自分の力を試してみたい」と思う人には、JAISTは非常に面白い場所です。私の研究室では、学生を巻き込むかたちで産学連携にも積極的に取り組んでいます。学生にはこの環境を思い切り使って、自分にしかできない研究に挑戦するとともに、その先のキャリアのチャンスをつかんでほしいと思います。

令和8年11月掲載