シラバス情報

教員名 ： 森　貴治
科目授業名称（和文）　Name of the subject/class (in Japanese)
分子科学特論D
科目授業名称（英文）　Name of the subject/class (in English)
Advanced Molecular Science D
授業コード　Class code
991KB39
科目番号　Course number

教員名
森　貴治
Instructor
Takaharu Mori

開講年度学期
2024年度前期
Year/Semester
2024 First Semester
曜日時限
金曜3限
Class hours
Friday 3rd Period

開講学科・専攻　Department
理学研究科　化学専攻
Department of Chemistry, Graduate School of Sciences
単位数　Course credit
2.0単位
授業の方法　Teaching method
講義
Lecture
外国語のみの科目（使用言語）　Course in only foreign languages (languages)
-
授業の主な実施形態　Main class format
① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

概要　Description
分子動力学シミュレーションの基礎について学ぶ。

Learn the basics of molecular dynamics simulation.
目的　Objectives
理論化学において分子の機能や物性を理解するためには、量子力学に基づく電子状態だけでなく、古典力学に基づく分子ダイナミクスを知ることも必要となる。本講義では、化学系の学部ではあまり馴染みのない、しかしながら研究においては必ず知っておくべき、「分子動力学計算（MD）」の基礎について分かりやすく解説する。

In theoretical chemistry, to understand the function and properties of molecules, it is necessary not only to understand electronic states based on quantum mechanics but also to know molecular dynamics based on classical mechanics. In this lecture, we will explain the basics of "molecular dynamics calculations (MD)", which may not be very familiar in undergraduate chemistry but are essential to know for research, in an easy-to-understand manner.
到達目標　Outcomes
分子動力学計算の中核をなす、「力場」および「ニュートンの運動方程式の数値計算」について理解すること。

Understanding the "force field" and the numerical computation of Newton's equations of motion, which are at the core of molecular dynamics calculations.
卒業認定・学位授与の方針との関係（学部科目のみ）
リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​
履修上の注意　Course notes prerequisites
古典力学の基礎（クーロンの法則、フックの法則など）および数学の基礎（ベクトル、偏微分、テイラー展開など）を習得していること。

Proficiency in the fundamentals of classical mechanics (such as Coulomb's law, Hooke's law, etc.) and mathematical basics (vectors, partial derivatives, Taylor expansion, etc.) is required.
アクティブ・ラーニング科目　Teaching type（Active Learning）
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準備学習・復習　Preparation and review
化学系の学生がとっつきやすいようなMD計算に関する分かりやすい書籍がないため、しっかりと板書をして復習すること。MD計算は分子の動きを見る手法であるため、講義で紹介するシミュレーション動画以外にも、インターネット等でMD計算に関する動画を自分で検索し、手法に対するイメージを掴んでおくこと。

Since there are no easily accessible books on MD calculations that are beginner-friendly for students in the field of chemistry, it's important to take thorough notes and review them. Since MD calculations involve observing the movement of molecules, in addition to simulation videos introduced in lectures, it's recommended to search for MD calculation videos on the internet or other sources to grasp an understanding of the techniques.
成績評価方法　Performance grading policy
レポート60%, その他40%

Report 60%, Other 40%.
学修成果の評価　Evaluation of academic achievement
・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

教科書　Textbooks/Readings
教科書の使用有無（有=Y , 無=N）　Textbook used(Y for yes, N for no)
N
書誌情報　Bibliographic information
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MyKiTSのURL（教科書販売サイト）　URL for MyKiTS(textbook sales site)
教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

参考書・その他資料　Reference and other materials

上田 顯 著「分子シミュレーション 古典系から量子系手法まで」（裳華房）


授業計画　Class plan
1. イントロ
2. 分子動力学 (MD) 法の概要
3. 分子モデルと力場
4. 原子にかかる力の計算の基本的な考え方
5. 原子にかかる力の計算（１）共有結合の伸縮、変角エネルギー
6. 原子にかかる力の計算（２）共有結合の捩れエネルギー（二面角）
7. 原子にかかる力の計算（３）非結合性相互作用（クーロン相互作用、ファン・デル・ワールス相互作用）
8. 非結合性相互作用のカットオフおよび並列計算
9. 物体の運動
10. ニュートンの運動方程式の数値計算（１）ベルレ法
11. ニュートンの運動方程式の数値計算（２）速度ベルレ法、蛙飛び法
12. ニュートンの運動方程式の数値計算（３）拘束条件付きMD計算
13. 系の温度制御・圧力制御
14. MD シミュレーションの実例紹介
15. 全体の総括


  1. Introduction
  2. Overview of Molecular Dynamics (MD) Method
  3. Molecular Models and Force Fields
  4. Basic Principles of Force Calculation on Atoms
  5. Force Calculation on Atoms (1): Stretching and Bending Energies of Covalent Bonds
  6. Force Calculation on Atoms (2): Torsional Energies of Covalent Bonds (Dihedral Angles)
  7. Force Calculation on Atoms (3): Non-bonded Interactions (Coulombic Interactions, van der Waals Interactions)
  8. Cutoff and Parallelization of Non-bonded Interactions
  9. Motion of Objects
  10. Numerical Computation of Newton's Equations of Motion (1): Verlet Algorithm
  11. Numerical Computation of Newton's Equations of Motion (2): Velocity Verlet Algorithm, Leapfrog Integration
  12. Numerical Computation of Newton's Equations of Motion (3): Constrained MD Calculations
  13. Temperature and Pressure Control of Systems
  14. Examples of MD Simulation
  15. Summary and Conclusion


授業担当者の実務経験　Work experience of the instructor of the class
前職（理化学研究所）において約１５年間、MDシミュレーションに関する研究を行ってきた。
これらの経験と知識を講義に活かす。

Having conducted research on MD simulations for approximately 15 years at my previous position (RIKEN Institute), I will leverage this experience and knowledge in the lectures.
教育用ソフトウェア　Educational software
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備考　Remarks
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授業でのBYOD PCの利用有無　Whether or not students may use BYOD PCs in class
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授業での仮想PCの利用有無　Whether or not students may use a virtual PC in class
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