興味は宇宙開発から材料開発へ
謎多き物質の仕組みに迫る。

　子供の頃は、アポロやスペースシャトルといった宇宙開発への興味が強かったという笠松先生。物質や材料に関心を寄せるようになったのは、高校で出会った化学の先生の影響だった。世の中のテクノロジーを可能にしているのはすべからく材料、物質であり、その物質の性質にはまだまだわかっていないことが多い、ということに好奇心を刺激された。物質の仕組みを知りたい、原子や電子がどんな並びだとどのような機能を持たせられるのか、そんな探究心が膨らみ、大学・大学院では一貫してマテリアル工学を専攻した。その中でも、笠松先生が専門とする「計算物質・材料科学」は、物質をコンピュータの中でシミュレーションし、原子・電子の振る舞いを観察することで、さまざまな物性を解明していく学問だ。
　2018年本学着任と同時に発足した笠松研究室では、コンピュータシミュレーションによって物質の性質（物性）を原子スケールから解明、あるいは予測するための計算物質・材料科学の研究に取り組んでいる。特に、理想結晶では現れない種々の不規則性に由来する機能物性に着目しており、その解明に向けて情報科学と従来の計算物質・材料科学を融合し、スーパーコンピュータを効率的に利用するためのソフトウェアの開発を進めている。

材料開発の新機軸マテリアルズ・
インフォマティクスとは？

　笠松先生の研究課題「不規則材料系のマテリアルズ・インフォマティクスへの展開」が採択を受けた科学技術振興機構の創発的研究支援事業とは、既存の枠組みにとらわれない自由で挑戦的・融合的な多様な研究に研究者が専念できる環境を提供するために、長期的（最長10年）に支援するというもの。不規則材料とは、結晶の原子の並びが不規則であったり、不純物が混じっていたりする物質のことで、身近なところではガラスやステンレスなど、現在使われている材料のほとんどは不規則材料系に分類される。そして、マテリアルズ・インフォマティクス（MI）とは、AIや機械学習を材料開発に活用し、求められている特性を持つ新材料を効率的に探索する情報科学分野。近年、特に注目を集めており、規則的に原子が並ぶ材料ではかなりの成功をおさめているものの、不規則材料系では不規則ゆえに無数の可能性があるため、現在のMIでは対応しきれていないというのが現状のようだ。
　そこで、笠松先生は本研究課題の中間目標として、不規則材料系に対応した高速・高精度な物性計算フレームワークの確立を目指している。MIでは、物性計算を情報科学の技術を使って加速させたい、過去のシミュレーションデータや実験データ、論文などを機械学習によって分析させたり、それらをもとにAIに新材料を提案させるわけだが、不規則材料系でこれを行うためには、大元のデータが不足しているのが現状である。スーパーコンピュータを効率的に利用して、膨大なシミュレーションデータを確保し、それを基にMIを展開するためのフレームワークが必要というわけだ。

地球深部にも関心、尽きぬ探究心
山形の自然に癒されてリセット。

　中間目標であるフレームワークの確立に到達した後は、いよいよマテリアルズ・インフォマティクスへの展開を目指す。大量計算した不規則材料のシミュレーションデータから特性の微視的起源を抽出・解明するといった方向性と、狙った特性を持つ不規則材料を新たに予測、開発するという方向性、双方でアプローチを進める。いずれにしても、あえて不純物を入れたり、不規則性を持たせたりすることで単結晶では作れない機能材料の開発を加速させたい。アプリケーション先としては、半導体系材料やリチウム電池、燃料電池といった電池材料が有力だ。
　また、笠松先生は本研究にとどまらず、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）をはじめ、他大学および学内の研究室との共同研究にも積極的に取り組んでおり、多方面で成果をあげている。その探究心の根底にあるものは、「混沌としたものをクリアにしたい」「特性や性質を突き止めたい」という思い。宇宙から物質・物性へと移った探究心のベクトルは今、地球深部の物質、マグマやマントルにも向けられている。「今はネットでスーパーコンピュータ富岳も利用できるし、研究環境はどこにいても同じ。パソコンの前でジッとしていることが多いので自然豊かな山形はむしろリフレッシュする上で好環境」と、笠松先生。趣味の写真やドライブを楽しみ、研究へのモチベーションを高めているようだ。