第一原理計算

物質は電子と原子核でできています。電子は、原子核に比べて1/1000から1/100000の質量でとても軽く、原子核の隙間を高速に飛び回ることで、物質の主たる性質を決定しています。ですので、物質の中での電子の運動がわかれば、物質の性質を予言することができます。

電子の運動は量子力学に従います。第一原理計算は、量子力学のシュレディンガー方程式に則って、 そのような物質の中の電子の運動をコンピュータの力を借りて計算する方法です。そして、計算した電子の運動から、さまざまな物質の性質を求め、調べることができます。

第一原理計算は、未知の物質の性質の探索や、実験では測定のできない原子スケールの物理現象を調べることができるので、大変強力な研究手法です。

第一原理計算と良く似た手法に、量子化学計算があります。量子化学計算は、化学の分野で発展してきたため、原子・分子・高分子を主たる計算対象としています。一方、第一原理計算は、物理の分野で発展してきたため、固体・表面・界面を主たる計算対象としています。