固体材料の強度と物性評価のための分子動力学法入門

コロナ社
梅野宜崇　

• 価格: 3,080円（本体2,800円＋税）
• 発行年月: 2025年12月
• 判型: Ａ５
• ISBN: 9784339046991

内容情報

[BOOKデータベースより]

１　分子動力学法とは（分子動力学法の概要と歴史；材料強度物性評価における分子動力学法の位置づけ；汎用ソフトウェア）
２　分子動力学法の基礎（原子に働く力とポテンシャル関数；運動方程式と数値積分；周期系における計算；アンサンブルと湿度・応力制御；構造緩和計算；ポテンシャル計算に関連する手法）
３　原子間ポテンシャル（２体間ポテンシャル；３体間ポテンシャル；多体ポテンシャル；ボンドオーダーポテンシャル（ＢＯＰ）；より複雑なポテンシャル）
４　分子動力学法による物性評価（表面・界面のエネルギーと応力；バルク部の応力の評価；理想強度評価と結晶すべり；構造安定性と臨界荷重の評価）
５　プログラミング演習（ＭＤコア部分の実装；周期境界条件の実装；ナノワイヤモデルの引張解析；ＥＡＭの実装）
補遺

[日販商品データベースより]

【読者対象】
本書は，分子動力学法（MD）を固体材料の強度・物性評価に応用したい学生や若手研究者を主な読者として想定しています。意欲ある学部生や他分野からの読者にも理解できるよう，予備知識がなくても読み進められる構成としています。

【書籍の特徴】
本書は，MDを用いて固体材料の強度や物性を評価するための理論と実践を，初学者にもわかりやすくまとめた入門書です。従来のMD教科書は液体や気体を対象としたものが多く，固体の機械的性質や構造安定性を扱った書籍は限られていました。本書はその空白を埋め，固体の変形・破壊・界面現象を原子レベルで理解したい方に向けて執筆されています。
理論だけでなく，シミュレーション実行に必要な計算手法と実務的知識を丁寧に解説している点も特徴です。周期境界条件や構造緩和，長距離相互作用，応力・エネルギー計算など，固体解析で欠かせない要素を具体例とともに紹介しています。また，なぜその手法が必要なのかという物理的背景の理解を重視し，研究への応用を意識した構成としています。
また，Pythonによる簡易な分子動力学プログラムを作成・実行する演習を用意しており，アルゴリズムの仕組みを実践的に学べます。既存ソフトを「使う」だけでなく，「仕組みを理解し改良する」力を養うことができます。著者のGitHubにプログラム例も公開されています。
さらに，各章の合間に「コーヒーブレイク」と題した小コラムを設け，研究経験やシミュレーションに関する話題を紹介しています。専門書でありながらも肩の力を抜いて読める構成です。最新の機械学習ポテンシャルにも触れ，今後のMD研究の発展を展望しています。理論・実践・展望を一冊で学べる点が，本書の最大の特徴です。

【各章について】
第1章：MDの歴史と基本概念，固体材料研究における位置づけを解説。
第2章：原子に働く力，運動方程式，積分法，温度・圧力制御，構造緩和など基礎理論を整理。
第3章：主要な原子間ポテンシャル（EAM，Tersoff，REBOなど）を紹介し，機械学習ポテンシャルにも触れています。
第4章：表面・界面エネルギー，応力，理想強度などの評価法を示し，強度解析への応用を解説。
第5章：段階的なプログラム演習を通じ，ナノワイヤの変形解析までを実践的に学べます。
第6章：Ewald法やTersoffポテンシャルの導出など，理論を深く理解するための補足を収録。

【読者へのメッセージ】
分子動力学法は，原子の運動を直接「見る」ことができる数少ないシミュレーション手法です。固体の強度や変形のメカニズムを原子レベルで理解することは，未来の材料設計に欠かせない基盤技術となりつつあります。
本書を通じて，MDの理論を「知る」だけでなく「使いこなす」力を身につけ，研究や開発に応用できるようになることを願っています。そして何より，「シミュレーションで物理現象を再現する面白さ」を実感していただければ幸いです。