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理論、実験に次ぐ「第三の科学」と言われてきた計算（機）科学は昨今、理論や実験に先駆けて様々な現象を予測、発見するための不可欠な分野となっている。物質物性科学・工学の世界では、量子論に基づく第一原理計算によって、ナノスケールの構造・性質のきわめて正確な予測が実現している。
　本書では、第一原理計算の理論的なベースとなる多体電子論の解説から入り（第1章）、それを実際に計算するためのアルゴリズムの紹介をカーボン材料の応用例を使って行う（第2章）。第3章では、特に環境問題の範疇で実現が叫ばれる炭素固定技術を第一原理計算で探る取り組みを、第4章では、第一原理計算が成功を収めたいくつかの事例を、それぞれ紹介する。