タイトル

開講年度 開講学部等
2025 大学院創成科学研究科（博士前期）
開講学期 曜日時限 授業形態 AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期 木5～6 講義 8.0
時間割番号 科目名[英文名] 使用言語 単位数
3262420620 物性シミュレーション特論[Computational Simulation for Condensed Matter Physics] 日本語 2
担当教員（責任）[ローマ字表記] メディア授業
仙田 康浩[SENDA Yasuhiro] ー
担当教員[ローマ字表記]
仙田 康浩　[SENDA Yasuhiro], 鳴海　孝之　[NARUMI Takayuki]
特定科目区分   対象学生   対象年次  
ディプロマ・ポリシーに関わる項目 カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)
授業の目的と概要
材料やデバイスの性質を理解するためのシミュレーションの方法を学ぶ（電子デバイス工学コース以外の学生も歓迎する）。
前半（担当：仙田）は、分子や粒子の動きを追いかける簡単なシミュレーションを各自のノートPCで行う。
後半（担当：鳴海）は、乱数をキーワードとして，シミュレーションにおける乱数の役割や自然界で乱数が出現する現象について学ぶ。
（講義では一部コンピュータを用いるが、コンピュータやプログラミング言語に関連する知識は一切要求しない）
授業の到達目標
各種シミュレーションの基礎原理を理解する。シミュレーションを通じて物性を理解する。
授業計画
【全体】
本講義は前半と後半で以下のように異なる内容で実施する。
前半（担当：仙田）：原子・分子を対象にしたシミュレーション手法について学ぶ。一般的な数値解析を学んだ後、分子動力学法の原理を学ぶ。実際に各自のノートパソコンで分子動力学法を実行し、物質のエネルギー、圧力、等を計算する。
後半（担当：鳴海）：擬似乱数を活用したシミュレーションを行う。また，後半は受講生の研究内容に応じて，乱数と関連したシミュレーションを扱う。なお、プログラミング言語の習得ではなく，アルゴリズムの構築と物理現象の理解に重きを置いて講義する。
項目 内容 授業時間外学習 備考
第1回 分子シミュレーション入門 シミュレーションと科学技術の関係、ミクロシミュレーションとマクロシミュレーション 授業内容の復習(4時間)
第2回 物理法則と方程式 物理法則と数式との関係を学ぶ 授業内容の復習と課題への取り組み(4時間)
第3回 運動方程式の数値解法 簡単な数値解法の手法について学習する。振動の運動方程式の数値解法。 授業内容の復習と課題への取り組み(4時間)
第4回 分子動力学法の基礎 分子動力学法の基礎、粒子にかかる力の計算や計算の条件、等 授業内容の復習と課題への取り組み(4時間)
第5回 分子動力学法の実践（１） 分子動力学法プログラムのインストールと実行、プログラムの理解と計算結果の可視化 授業内容の復習と課題への取り組み(4時間)
第6回 分子動力学法の実践（２） マクロスケールな物理量の算出；運動エネルギーや圧力を計算する。 授業内容の復習と課題への取り組み(4時間)
第7回 分子動力学法の実践（３） ミクロスケールな物理量の算出；粒子の分布や粒子の動きやすさを計算する。 授業内容の復習と課題への取り組み(4時間)
第8回 後半ガイダンス，アルゴリズム 後半の授業の進め方を説明、アルゴリズムについて学ぶ。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第9回 アルゴリズムの表現 PADの表記方法をまとめ，アルゴリズムを表現する方法を学ぶ。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第10回 乱数 乱数がどのようにシミュレーションで役立てられるのかを、簡単なシミュレーションを通じて学ぶ。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第11回 ランダムウォーク 乱数を物理現象のシミュレーションに用いる1例としてランダムウォークの問題を表計算ソフトにより解く。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第12回 拡散 ランダムウォークの連続極限として拡散方程式を導入し、平均二乗変位との関連から拡散係数を導入する。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第13回 乱数と関連するシミュレーション(1) 乱数と関連するシミュレーション（例えばモンテカルロ法、マルチエージェントシミュレーション、カオス、時空カオスなど）を学ぶ。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第14回 乱数と関連するシミュレーション(2) 乱数と関連するシミュレーション（例えばモンテカルロ法、マルチエージェントシミュレーション、カオス、時空カオスなど）を実行する。 授業内容を復習し，授業中に提示された課題に取り組むこと（４時間）
第15回 総括 本講義の全般的内容をまとめる 授業内容を復習し理解を深めること（４時間）
※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】
A: --%　B: 10%　C: 50%　D: 20%
成績評価法
小テスト・授業内レポート50%，宿題・授業外レポート50%
教科書にかかわる情報
備考
特に教科書を指定しない。適宜、講義資料を配布する。
参考書にかかわる情報
備考
メッセージ
近年の科学技術の動向を理解するためにはシミュレーションについての知識は必須です。本講義では基礎的な内容から一緒に手を動かして理解しながらシミュレーションに関する知識を積み上げます。コンピュータやプログラミング言語に関する知識は一切要求しませんので、研究にシミュレーションを用いる学生もそうでない学生も是非受講してください。
キーワード
持続可能な開発目標（SDGs）

  • エネルギーをみんなに そしてクリーンに
  • 産業と技術革新の基盤をつくろう
(エネルギー)すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する。
(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。
関連科目
履修条件
連絡先
研究室: 工学部本館 ２階 北側 仙田研究室（234）
メール：senda[at]yamaguchi-u.ac.jp（仙田），tnarumi[at]yamaguchi-u.ac.jp（鳴海）
*[at]をアットマークに書き変えてください
オフィスアワー
メールで調整するので気軽に連絡してください

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