静的および動的な超高精度多成分第一原理手法の開発と電子・陽電子ダイナミクスの研究

• Project/Area Number: 13J10009
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 小山田 隆行 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 陽電子化合物 / 多成分系第一原理計算 / 電子-陽電子相関 / 電子-陽電子対消滅率 / 電子-陽電子対相対密度関数 / 電子-陽電子接触密度関数 / 陽電子親和力 / 顕に相関したガウス型関数 / 多成分系分子軌道法 / 多成分系子軌道法 / 第一原理計算 / 電子・陽電子相関 / 電子・陽電子密度

Outline of Annual Research Achievements

３年度の主目的は、時間に依存した多成分・多配置分子軌道法を開発し、陽電子対消滅法の要である電子陽電子対消滅機構を動的な視点から解明することである。この対消滅機構を解明するためには、対消滅率や接触密度関数、電子陽電子対分布関数などの高精度評価手法を確立することが必要不可欠である。そこで、本年度は電子・陽電子ダイナミクスの理論構築に取り組みつつ、電子陽電子相関の高精度評価手法の開発と、対消滅率、接触密度関数、電子陽電子対分布関数の評価ルーチンの開発を行い、本研究で開発中の多成分第一原理計算プログラムへ実装した。
まず配置間相互作用(CI)法により、対消滅率と接触密度関数を評価し、平均場(HF)近似と比べ大幅な改善が得られることを確認した。しかしHF法やCI法では、電子陽電子間のカスプの記述が貧しいため、厳密解と比較すると対消滅率の値は、HF法では10％程度、CI法では50％程度と過小評価する結果となった。
そこで、本研究計画にある電子陽電子間距離に顕に依存したガウス型ジェミナル(GTG)関数を用いた多成分第一原理プログラムを開発した。計算においてはGTG相関因子のみならず、電子軌道と陽電子軌道の分子軌道係数を自己無撞着に最適化し、エネルギーとビリアル比の精度を大幅に改善することに成功した。さらにGTG計算において電子陽電子対分布関数を評価した。本研究ではGTG関数を用いているので、厳密には電子陽電子間カスプ条件を満たさないが、GTG相関因子を多項展開とすることで徐々に電子陽電子間のカスプ的挙動が再現されることを確認した。そして対分布関数の原点の値から、対消滅率を算定した結果、厳密解の90％程度の高精度な結果を得ることができた。この他、対分布関数から電子陽電子間距離のｎ次モーメントを算定し、電子陽電子相関を顕に考慮することで厳密解と比較して良い結果を得た。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of multielectron dynamics in molecules: A multiconfiguration time-dependent Hartree-Fock picture (2014)
  • Author(s): Shu Ohmura, Hirohiko Kono, Takayuki Oyamada, Tsuyoshi Kato, Katsunori Nakai, and Shiro Koseki
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 141 Issue: 11 Pages: 1141051-14
  • DOI: 10.1063/1.4894505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Orbital Analysis of High Harmonic Generation (2014)
  • Author(s): S. Ohmura, T. Oyamada, T. Kato, H. Kono, and S. Koseki
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. (Proceedings of the 12th Asia Pacific Physics Conference) Volume: 1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-component molecular orbital study on positron attachment to alkali-metal hydride molecules : nature of chemical bonding and dissociation limits of [LiH ; e^+] (2014)
  • Author(s): T. Oyamada and M. Tachikawa
  • Journal Title: European Physical Journal D Volume: 68
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Positron-attachment to nonpolar or small dipole CXY (X, Y=O, S, and Se) molecules : vibrational enhancement of positron affinities with configuration interaction level of multi-comoonent molecular orbital approach (2013)
  • Author(s): K. Koyanagi, Y. Takeda, T. Ovamada, Y. Kita and M. Tachikawa
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 15 Issue: 38 Pages: 16208-16213
  • DOI: 10.1039/c3cp52572d
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多成分系第一原理手法による電子-陽電子対消滅率の高精度算定 (2015)
  • Author(s): ○小山田隆行, 立川仁典
  • Organizer: 第９回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Multi-component ab initio study on positron attachment to weakly polar FH molecule: The role of molecular vibration and the electron-positron correlation (2015)
  • Author(s): ○Takayuki Oyamada and Masanori Tachikawa
  • Organizer: POSMOL2015
  • Place of Presentation: Universidade NOVA de Lisboa, Campus de Campolide, Lisbon, Portugal
  • Year and Date: 2015-07-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of molecular vibration and the electron-positron correlation in positron attachment to weakly polar FH molecule (2014)
  • Author(s): 〇Takayuki Oyamada and Masanori Tachikawa
  • Organizer: The 9th General Meeting of ACCMS-VO
  • Place of Presentation: Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University, Okinawa
  • Year and Date: 2014-12-20 – 2014-12-22
• [Presentation] First-princile calculations of positron-attached polyatomic molecules (2014)
  • Author(s): Yukiumi Kita, 〇Takayuki Oyamada, and Masanori Tachikawa
  • Organizer: International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design, ISC-QSD2014
  • Place of Presentation: Koshiba Hall, University of Tokyo, Tokyo
  • Year and Date: 2014-12-01 – 2014-12-03
• [Presentation] 多成分系第一原理計算による極性の弱いハロゲン化水素分子への陽電子束縛機構の研究 (2014)
  • Author(s): 〇小山田隆行, 立川仁典
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス, 広島
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] ビリアル定理に則した原子のフント第一、第二則の統一的解釈と陽電子吸着機構の研究 (2014)
  • Author(s): 〇小山田隆行
  • Organizer: 第21回みちのく磁性談話会
  • Place of Presentation: 秋保, 仙台
  • Year and Date: 2014-06-07 – 2014-06-08
• [Presentation] アルカリ金属水素化分子への陽電子束縛機構における電子-陽電子相関の役割 (2013)
  • Author(s): 小山田隆行, 立川仁典
  • Organizer: 第16回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 福岡市健康づくりセンター(あいれふ), 福岡
• [Presentation] Multicomponent molecular orbital study on positron attachment to alkali-metal hydride molecules (2013)
  • Author(s): Takayuki Oyamada and Masanori Tachikawa
  • Organizer: POSMOL2013
  • Place of Presentation: Kanazawa Bunka Hall, Kanazawa, Ishikawa, Japan
• [Presentation] Theoretical study of a positron-attachment to vibrational excited states for non-polar carbon disulfide molecule (2013)
  • Author(s): Y. Takeda, T. Oyamada, Y. Kita, and M. Tachikawa
  • Organizer: POSMOL2013
  • Place of Presentation: Kanazawa Bunka Hall, Kanazawa, Ishikawa, Japan
• [Presentation] 多成分系分子軌道法による極性分子LiHへの陽電子束縛機構の研究 (2013)
  • Author(s): 小山田隆行, 立川仁典
  • Organizer: 第7回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 福岡市健康づくりセンター(あいれふ), 福岡
• [Presentation] Role of electron-positron correlation in positron attachment to LiH (2013)
  • Author(s): Takavuki Oyamada and Masanori Tachikawa
  • Organizer: The 8th General Meeting of ACCMS-VO
  • Place of Presentation: Sakura Hall, Tohoku University, Sendai, Miyagi, Japan