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Research History

2003–現在　電気化学界面シミュレーションの基盤づくり

東京大学 物性研究所 → 産業技術総合研究所 → 筑波大学 計算科学研究センター

帯電した表面・界面を平面波基底で扱うESM法を開発し（2006年）、バイアス電位下のPt/水界面の第一原理分子動力学（2008年）、電極電位を一定に保つ分子動力学（2012年）、溶液を参照相互作用サイト模型（RISM）で記述するESM-RISM法（2017年）、電極電位の評価法（2018年）へと発展させてきました。手法はQuantum ESPRESSOに実装して公開し、蓄電池・キャパシタ・触媒・腐食などの電気化学界面に応用しています。

  • S. Hagiwara and M. Otani, "An Efficient Implementation of the ESM-RISM Method for Simulating Electrode/Electrolyte Interfaces," J. Chem. Theory Comput. 22, 3633 (2026). doi
  • S. Hagiwara, S. Nishihara, F. Kuroda, and M. Otani, "Development of a dielectrically consistent reference interaction site model combined with the density functional theory for electrochemical interface simulations," Phys. Rev. Materials 6, 093802 (2022). doi
  • J. Haruyama, T. Ikeshoji, and M. Otani, "Electrode potential from density functional theory calculations combined with implicit solvation theory," Phys. Rev. Materials 2, 095801 (2018). doi
  • S. Nishihara and M. Otani, "Hybrid solvation models for bulk, interface, and membrane: Reference interaction site methods coupled with density functional theory," Phys. Rev. B 96, 115429 (2017). doi
  • N. Bonnet, T. Morishita, O. Sugino, and M. Otani, "First-Principles Molecular Dynamics at a Constant Electrode Potential," Phys. Rev. Lett. 109, 266101 (2012). doi
  • M. Otani, I. Hamada, O. Sugino, Y. Morikawa, Y. Okamoto, and T. Ikeshoji, "Structure of the water/platinum interface — a first principles simulation under bias potential," Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 3609 (2008). doi
  • M. Otani and O. Sugino, "First-principles calculations of charged surfaces and interfaces: A plane-wave nonrepeated slab approach," Phys. Rev. B 73, 115407 (2006). doi

2001–2003　シリコン酸化膜とナノカーボン

筑波大学 物理学系

シリコン酸化膜（SiO2）中のボロン不純物の拡散機構と、カーボンナノチューブにフラーレンを内包したピーポッドの安定性と電子状態を研究しました。

  • M. Otani, S. Okada, and A. Oshiyama, "Energetics and electronic structures of one-dimensional fullerene chains encapsulated in zigzag nanotubes," Phys. Rev. B 68, 125424 (2003). doi
  • M. Otani, K. Shiraishi, and A. Oshiyama, "Mechanisms of Diffusion of Boron Impurities in SiO2," Phys. Rev. Lett. 90, 075901 (2003). doi

1995–2001　高圧物性

大阪大学 大学院基礎工学研究科／日本学術振興会特別研究員

第一原理バンド計算を用いて、高圧下の物質の電子状態と構造相転移を研究しました。固体酸素の圧力誘起絶縁体–金属転移、セレンとバナジウムの高圧下の構造相転移と超伝導を扱いました。

  • N. Suzuki and M. Otani, "Theoretical study on the lattice dynamics and electron phonon interaction of vanadium under high pressures," J. Phys.: Condens. Matter 14, 10869 (2002). doi
  • M. Otani and N. Suzuki, "Structural and superconducting transition in selenium at high pressure," Phys. Rev. B 63, 104516 (2001). doi
  • M. Otani, K. Yamaguchi, H. Miyagi, and N. Suzuki, "The pressure-induced insulator-metal transition of solid oxygen: band-structure calculations," J. Phys.: Condens. Matter 10, 11603 (1998). doi