深層パラメタ変動ダイナミクスと電荷分布依存ポテンシャル関数を用いた分子動力学法
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20K11854
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60100:Computational science-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2023)
University of Hyogo (2020-2022) |
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Principal Investigator |
福田 育夫 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (40643185)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森次 圭 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (80599506)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 分子動力学 / 相互作用計算 / 力学系 / 運動方程式 / サンプリング / 数値積分 |
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| Outline of Research at the Start |
分子動力学 (MD) シミュレーションは，生体高分子系や機能材料系等さまざまなマクロな系の分子レベルでの解析を可能にする．本研究の目的は，MD計算において状態サンプリング法の深化と相互作用計算の精密化を行うことである．これにより，大規模・複雑系での状態サンプリングを頑強にし，またシミュレーション結果の信頼性を上げる．この際に，ボトルネックである計算コストの問題を回避する．これらの技術が，物理・化学等の基礎科学分野のみならず，材料工学，薬学等を対象にする幅広い分野で容易に用いられるための研究基盤の確立を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
物理系の状態サンプリングにおいて計算コストの要する物理系のレプリカや多数のイテレーション作業が不要な手法として，頑強かつ高効率なシミュレーションを実現するため深層パラメタ変動のアルゴリズムを考案し定式化を行った．温度系のポテンシャルエネルギーが高い自由度をもつ多次元曲面になることで，頑強なダイナミクスが実現可能になる．多層構造の柔軟性にも着目しつつ手法の構築を行なった．実際の運用で効率的かつ容易なスキームを完成させるには，試行錯誤を回避するパラメタ設定が重要であるため，最終年度はこれをより容易にする方法を再構築した．温度パラメタについての変数変換を簡便なものにし，温度系ポテンシャルの平衡点及びヘッシアンの評価を簡潔かつ高精度に行う方法を作るとともに，関連技術についての新たなアイデアも得た．
生体分子系等のヘテロで複雑な系の分子シミュレーションにおいて信頼性の高い計算を遂行するためには，相互作用計算の精度を上げる研究が必要である．とくに静電相互作用計算は最も計算コストがかかる部分であるため，コストを抑えつつ精度を上げる必要がある．そのためにカットオフベースのアプローチをとった上で，系全体の電荷分布の情報を相互作用関数に取り込む新規相互作用計算法を構築した．ペア関数を原子毎に依存させることで，物理系の特徴を掴んだテーラーメイドの方法としてヘテロな系に対応できるようにした．最終年度は，構築した技術の取り纏め，理論の再考察，精度の数値検証を行った．原子毎に依存するペア関数が，従来法の拡張になっていることを明らかにし，フォースについてもペアに関する対称性の保存と零総和性を確認した．前年度に得たヒストグラム詳細設定法と離散的分布を使う方法を活かし，結晶系等において，従来我々が構築してきた手法に比べ，実用的なカットオフ距離の範囲で数オーダー精度が向上したエネルギー値を得た．
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Report
(4 results)
Research Products
(10 results)
