【計算物理学】
(Computational Physics)
 
単  位:2単位 単位認定者: 猿渡茂
授業時期: 前期 15コマ 科目分担者: 神谷健秀
授業形態: 講義 週1コマ
 
授業の目的

計算物理学は理論物理学、実験物理学と並ぶ物理の諸問題を解決するための方法論の1つである。また、実験物理においても膨大な実験データの処理には計算機の使用は必須である。本講義では、こうした計算機の使用の際に必要となる数値解析やシミュレーションの方法を理解する。

教育内容

生命現象の分子動力学的解明及び生体物質構造解明のための計算物理学について述べる。分子力学計算、各種相互作用の算出、分子動力学計算、モンテカルロシミュレーションなどの手法と、それらの生体高分子への応用を扱う。

教育方法

主としてプリント等を用いた講義形式、一部ゼミナール形式で行う。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

計算物理学基礎

神谷

分子のモデル化、分子のポテンシャルエネルギー

2回

量子力学的方法(1)

神谷

分子軌道法の基礎、ハートリーフォック法、非経験的・半経験的方法

3回

量子力学的方法(2)

神谷

電子相関法、密度汎関数法

4回

分子力学的方法(1)

神谷

分子力学の原理、分子内・分子間の相互作用、蛋白質のエネルギー・パラメータ

5回

分子力学的方法(2)

神谷

最近の分子力場法、分極可能パラメータ、量子力学・分子力学法

6回

分子構造の最適化

神谷

分子の安定構造・遷移構造、最急降下法、ニュートン法、共役勾配法

7回

基準振動解析法

神谷

分子の基準振動解析

8回

分子動力学計算

猿渡

ベルレ法、リープフロッグ法

9回

拘束系の分子動力学

猿渡

rattle法

10回

拡張系の分子動力学(1)

猿渡

圧力一定、温度一定の分子動力学

11回

拡張系の分子動力学(2)

猿渡

能勢-フーバー法、カノニカル分布

12回

Simulated Annealing

猿渡

X線結晶構造の精密化

13回

モンテカルロ法(1)

猿渡

乱数、マルコフ過程

14回

モンテカルロ法(2)

猿渡

メトロポリス法

15回

まとめ

猿渡

全体の復習と最新の研究成果の紹介

 
到達目標

いろいろな計算手法の基本原理を理解すること。

評価基準

レポートにより評価する。なお欠席は減点する。

準備学習
(予習・復習)

計算手法の基礎となっている力学や量子力学の基本法則を理解していることが前提である。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 (なし)
参考書 計算化学(第5版 実験化学講座12) 日本化学会編 丸善 7,900円+税
コンピュータ・シミュレーションの基礎 第2版 岡崎・吉井 化学同人 4,800円+税
分子シミュレーション 上田 顕 裳華房 5,400円+税
分子システムの計算科学 (計算科学講座 6) 笹井理生編 共立出版 4,400円+税