NINS 20131217

澤 博名古屋大学 工学研究科 応用物理

ビッグデータと仮説形成

結晶構造データベース：物質をリスト化する

物質の登録数は7千万件以上、1万4千件/日ずつ増加

⇒ 全自動構造解析システム…装置とソフトの開発

結晶構造以外の物性データも膨大に

電子状態の第一原理計算

スパコンの重要課題の一つ

⇒ 測定データ量が膨大になったらどうなるか？

長い歴史の中でのデータベースの洗練化

情報の形式の統一化 ⇒ “.cif” 形式 新しい情報を追加の容易さ

データを扱うことによる学術上のメリット

データの扱い方は個人に依存する 特許関係の扱いで全てが公開ではない

膨大なデータをどのように扱うか？

ゲノムと生物の多様性との関係？

データに含まれる情報と含まれない情報 例えば現代のスマートフォンが100年前に送れた

としたら、その原理を解明できるか？

ハードウェアの解明だけでなくソフトウェアの役割までを明らかにしないとその装置の役割が不明では？

(実際に使用されている状況観測が必要!?)

…ゲノム解析は生命現象の理解の方向として正しい？

「物理学」と「化学」のアプローチの相異

観測手法と精度の向上によって得られたもの

測定データに含まれている情報を引き出すには？

データが膨大でその精度が上がった時「物性物

理学」の目指すべき方向は？

放射光X線回折における超精密解析の例

2)()( KK FI ∝

∑ ⋅−=K

rKKr )(2)(1)( ieFV

πρ

結晶構造因子と回折強度の関係

結晶構造因子と電子密度の関係

もし無限のフーリエ係数が観測できるなら

結晶内の完全な電子密度が再構成できる

rK rK deF i )(cellunit

(r))( ⋅⋅= ∫ ρ

6

プレゼンタープレゼンテーションのノートThis is a relation of the x-ray diffraction data and charge density in the unit cell.The relation is well defined by Fourier transform.If we get the infinite Fourier coefficient by x-ray data, we can calculate the whole electron density map in the unit cell.

BL-8A/B

KEK PF2.5GeV

BL02B1

SPring-88GeV

Crystal

X-ray

d = 2 Å

d = 1 Å

θ

Angle limit of Braggλ/2sinθ>d

観測可能な反射数Siの場合、2θ

SPD @BL1B, PF波長 : 0.68Å

波長 : 0.44Å

BL02B1, SPring-8

70×35×15μm3

～200µm

50～200µm

～ 90 Mbyte / Frame～ 10 Gbyte / set

放射光X線回折による精密解析

分子の結合電子の情報は実験データから再構築可能に！

結晶構造解析

構造モデル近似

0.8 e/A3

分子の持つ電子密度(マキシマムエントロピー法)

化学構造式

見えなかったものを観てその本質を捉えられるようになってきた！

プレゼンタープレゼンテーションのノートFirst of all, I start to talk about precise structure analysis.This notation is the structural chemical formula known well.●　In the manuscript, the result of the structural analysis is shown this expression.●　However, the refined parameters are only atomic coordination, sorts of atoms and thermal vibrations.Maybe you know, the bonding sticks are written by hand.●　However, the information of bonding electrons is include in the x-ray diffraction data.The precise analysis means the technique of observing the electronic state of molecules.

明らかにしたい電子の自由度！

⇒ 原子の持つ電子の軌道状態

共有結合電子の状態

結合していない電子の状態

自由度を持つ電子の振る舞い！(半導体、磁性) 特殊な状態の電子の振る舞い(超伝導…)

原子、分子間の相互作用が織りなす物性

電子の空間、時間、波数、エネルギーの情報を明らかにすることで物質の性質を明らかに

物性物理学：物質の性質を明らかにする

見えない現象は計算科学で補うex. スパコンによる第一原理計算

計算で物質の電子状態を予測!?⇔ 自然現象を明らかに出来ているのか？

実験データの精度と解析手法は日進月歩！

生物をも物理の立場から明らかに出来る日を夢見て…“自然”というビッグデータに立ち向かう物理学者！

マテリアルサイエンスにおける�ビッグデータマテリアルサイエンスのビッグデータ？結晶構造データベースの例データのビッグデータ化物理と化学と生物の狭間で構造因子の方程式の意味するところSynchrotron Radiation X-ray Diffraction技術の進歩による回折データの増大；�Photon Factory vs. SPring-8スライド番号 9物質中の性質を決める電子精度が上がると景色が変わる