もう一つの化学実験！分子シミュレーション| 富山大学石山達也准教授

富山大学工学部工学科応用化学コース石山達也准教授

もう一つの化学実験！分子シミュレーション

富山大学
工学部工学科応用化学コース

石山達也准教授

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30分のミニ講義を聴講しよう！もう一つの化学実験！　分子シミュレーション

「化学実験」と言えば、普通はビーカーやフラスコなどを思い浮かべるでしょう。しかし最近では、分子の運動や反応をコンピュータで予測する方法が広く応用されています。「水」を例に、実験では決して見えない分子の多様なふるまいをお見せします。

先生からのメッセージ

面白そうと思った気持ちを大事にして、「物事の本質を理解したい」「根本を知りたい」という意欲を持つ学生と一緒に研究に取り組みたいと考えています。最初は「化学実験には興味がない」という消極的な思いがあってもいいので、あなたの発想力やオリジナリティーを持ってきてほしいです。
分子シミュレーションの分野を志すならば、数学は共通言語・概念です。物理や化学も今、しっかりと学んでおいてください。また、化学実験に興味がある人でも、シミュレーションは研究のツールとしてきっと役に立つと思います。

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実験の前に予測を立てるコンピュータによる分子シミュレーションは、分子・原子レベルのあらゆる現象に応用できます。例えば「オゾンホール形成に関わる大気反応のメカニズムを知りたい」という地球規模の現象の根本に関わる分子シミュレーションもできます。ですから、いろいろなメーカーが「商品開発にシミュレーションを使いたい」と考えています。商品開発にかかる実験の時間と経費を節約できるからです。特に創薬については、何万通りの合成物を試す必要がありますから、実験の前段階でおおまかな予測を立てるためのツールとして、分子シミュレーションが必要なのです。次世代スパコンで広がる可能性万能に見える分子シミュレーションですが、欠点があるとすれば、計算で扱うことができる分子の数に限りがあることです。近年、シミュレーションは大規模化しています。理化学研究所計算科学研究センター（神戸市）に設置されたスーパーコンピュータ「京（けい）」によって計算できるのは、数十万から数百万の分子シミュレーションまでです。「京」は2019年8月16日に計算資源の共用を終了し、性能が100倍程度に向上した新しい「次世代のスーパーコンピュータ」に置き換えられる予定です。そうなると分子シミュレーションができる規模は拡大するはずです。動画で直感的に現象を理解できる実験と比べるとシミュレーションは分子の挙動を動画にして直接見ることができるので、直感的に現象を理解できます。現在の研究は「実験でわからなかったことを、シミュレーションで明らかにする」というスタンスですが、今後は「シミュレーションが予言したことを、実験で確かめるというレベルにまで手法を向上させる」ということが目標となります。
研究ツールとしてさまざまな可能性がある分子シミュレーションですが、この分野に携わる研究者は全国に散らばっています。共同研究の機会が広がれば、分子シミュレーションが多くの分野で応用されるようになるでしょう。