はじめに

材料の不均一性：革新的な材料創成の鍵

材料の不均一性は、ナノスケールの分子構造からマイクロスケールの材料微視構造まで、幅広い範囲にわたって存在する。物質の固有な特性は、原子・分子の組成や結合状態によって決定されるが、より大きなスケールの不均一性も、材料特性に大きな影響を与える。材料開発では、この材料不均一性を積極的に活用し、新たな材料創成の基盤と指導原理を構築しようとする試みが行われてきた^（1）。

メタマテリアル：自然を超える人工材料

不均一性を意図的に制御し、自然界には存在しない材料特性を実現した人工材料を、メタマテリアルと呼ぶ。メタマテリアルは、電磁場の分野をはじめ、力学特性を制御するメカニカル・メタマテリアルなど、幅広い分野で研究開発が進められている。メタマテリアルの設計においては、理論的な解析と数値シミュレーションに基づく計算アプローチが不可欠である。近年では、計算機性能の向上と最適化手法の発展により、所望の特性を持つ材料微視構造を計算機主導で探索する設計手法が注目されている。

本稿では、メカニカル・メタマテリアルに焦点を当て、材料微視構造を設計する手法について解説する。