自己組織化の逆問題：目標構造を形成する粒子間相互作用を決定する理論

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本研究の目的は、自己組織化の逆問題に関する理論、すなわち物質の構造がわかっている場合にその物質を構成する粒子の粒子間相互作用を求める理論を構築することである。特にこの補助事業期間中の研究としては、物質を構成する粒子が球形ではなく異方的である場合も含めた理論および手法を構築し理論的予測の精度を高めることを目標としている。この研究によって、有用な物性を持つ物質を効率的に探索・発見できるようになることが期待される。研究代表者は前年度までに、等方的および異方的な粒子に対する自己組織化の逆問題の解法である相互作用汎関数法を定式化した。研究代表者は本年度、複数の粒子系に関して広い密度範囲および温度範囲にわたって自由エネルギーを求めることにより粒子間相互作用と物質の構造、特に周期結晶構造との間の関係を調べた。その結果としてこれらの系におけるさまざまな周期結晶構造の安定性を明らかにすることができ、相図を得ることができた。この研究成果によって、相互作用汎関数法の成否を確認するために重要な指標となるデータが得られたことになる。さらに、剛体立方体系に関して密度汎関数理論を用いた研究を進めて、基本測度理論に基づく自由エネルギー汎関数を計算し、この系における流体相、結晶相およびこれらの相の間の相転移に関する知見を得た。この研究は、本研究の目的である逆問題の解法に対して相補的な役割を持っている。今後の研究では、これまでの研究で得た構造の安定性に関する知見と相互作用汎関数法を組み合わせることによって、目標構造を形成する粒子間相互作用を実際に求める。