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大規模電子状態計算を用いた光合成アンテナ複合体に関する研究

Research Project

Project/Area Number 06J00448
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

小林 正人  Waseda University, 理工学術院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords分割統治法 / 高速量子化学計算 / Linear-scaling法 / MP2法 / CCSD法 / 電子相関計算 / タンパク質複合体 / APSG法 / Divide-and-conquer (DC)法 / MP2計算 / van der Waals相互作用 / エネルギー密度解析(EDA) / 高速電子状態計算法
Research Abstract

光合成アンテナ系のようなタンパク質複合体の電子状態を精度良く表すためには、現在広く用いられている密度汎関数理論(DFT)では十分でないため、波動関数理論に基づいた電子相関を含む高精度な電子状態計算の高速化が必要不可欠である。報告者はこのニーズに応えるため、全系を部分系に分割して計算を行う分割統治(DC)法に注目し、これに基づく高速な2次Moller-Plesset摂動(MP2)計算法、DC-MP2法を開発してきた(J. Chem. Phys. 127, 074103)。これにより計算コストを系の大きさNに対してほぼ線形と、従来法のN^5に対して劇的に改善することに成功した。しかし、そのプレファクターは大きく、実際の計算のためにはこの改善が求められていた。そこで、Hartree-Fockと電子相関計算の両者で同程度の精度を保つために要求される部分系の環境(バッファ領域)の大きさが異なることを用い、このプレファクターを削減するdual-level DC-MP2法を開発した。さらに、DC法をMP2よりもさらに精度の高い結合クラスター(CC)法に適用したDC-CCSD法の理論およびプログラムを開発し、線形の計算時間を保ったまま高精度の計算手法に拡張することに成功した。
MP2法やCCSD法によって、動的電子相関を定量的に取り扱うことはできるが、静的電子相関はほとんど取り入れることができない。これを効率よく取り入れることができ、大規模系への適用も期待される手法にAPSG法があるが、この手法は動的電子相関を取り入れることができなかった。申請者は、APSG波動関数に対して摂動的に動的相関を取り入れる手法を開発した。これにより、結合の解離などを伴う化学反応のエネルギー局面を定量的に再現することに成功した。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2008 2007 2006 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Implementation of divide-and-conquer method including Hartree-Fock exchange interaction2007

    • Author(s)
      T. Akama, M. Kobayashi, H. Nakai
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry 28

      Pages: 2003-2012

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Alternative linear-scaling methodology for the second-order Moller-Plesset perturbation calculation based on the divide-and-conquer method2007

    • Author(s)
      M. Kobayashi, Y. Imamura, H. Nakai
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics 127

      Pages: 74103-74103

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Is the divide-and-conquer Hartree-Fock method valid for calculations of delocalized systems?2007

    • Author(s)
      T. Akama, A. Fujii, M. Kobayashi, H. Nakai
    • Journal Title

      Molecular Physics 105

      Pages: 2799-2804

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hybrid treatment combining the translation- and rotation-free nuclear orbital plus molecular orbital theory with generator coordinate method : TRF-NOMO/GCM2007

    • Author(s)
      K.Sodeyama, H.Nishizawa, M.Hoshino, M.Kobayashi, H.Nakai
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters 433・4-6

      Pages: 409-415

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] UV-visible and ^1H or ^<13>C NMR spectroscopic studies on the specific interaction between lithium ions and the anion from tropolone or 4-isopropyltropolone (hinokitiol) and on the formation of protonated tropolones in acetonitrile or other solvents2007

    • Author(s)
      M.Hojo, T.Ueda, T.Inoue, M.Ike, M.Kobayashi, H.Nakai
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B 111・7

      Pages: 1759-1768

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Second-order Moller-Plesset perturbation energy obtained from divide-and-conquer Hartree-Fock density matrix2006

    • Author(s)
      M.Kobayashi, T.Akama, H.Nakai
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics 125・20

      Pages: 204106-204106

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Implementation of divide-and-conquer method including Hartree-Fock exchange interaction

    • Author(s)
      T.Akama, M.Kobayashi, H.Nakai
    • Journal Title

      Journal of Computational Chemistry (印刷中)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] 分割統治(DC)法に基づく大規模電子相関計算法の開発2008

    • Author(s)
      小林正人, 今村穣, 赤間知子, 中井浩巳
    • Organizer
      次世代スーパーコンピュータプロジェクト ナノ分野グランドチャレンジ研究開発第2回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      岡崎
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Divide-and-Conquer法に基づいたO(N)電子相関計算2007

    • Author(s)
      小林正人, 赤間知子, 今村穣, 中井浩巳
    • Organizer
      第10回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Linear-Scaling MP2 Methodologies Based on the Divide-and-Conquer Method: Novel Local Treatment of Electron Correlation2007

    • Author(s)
      M. Kobayashi, H. Nakai
    • Organizer
      Molecular Quantum Mechanics-Analytic Gradients and Beyond
    • Place of Presentation
      Budapest, Hungary
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Divide-and-conquer MP2 method: novel linear-scaling method for treating electron correlation2007

    • Author(s)
      M. Kobayashi, H. Nakai
    • Organizer
      International Symposium on Molecular Theory for Real Systems
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 大規模系の高精度量子化学計算法:Divide-and-Conquer法に基づくMP2計算(招待講演)2007

    • Author(s)
      小林正人, 中井浩巳
    • Organizer
      科研費特定領域研究「次世代量子シミュレータ・量子デザイン手法の開発」 A02班ミニワークショップ「大規模・高精度電子状態計算手法に関する研究会II」
    • Place of Presentation
      筑波
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2006-04-01   Modified: 2024-03-26  

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