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Development of an exchange functional on the basis of the electron density defined on the energy coordinate

Research Project

Project/Area Number 25620004
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

TAKAHASHI Hideaki  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10291436)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords電子密度汎関数 / 静的相関 / 自己相互作用 / 交換汎関数 / エネルギー座標 / 電子密度汎関数理論 / エネルギー密度関数 / Becke-Roussel汎関数 / 実空間グリッド法
Outline of Final Research Achievements

The current DFT suffers from two major problems. The first one is referred to as the static correlation error and the other is known as the self-interaction error. The former error increases drastically in the dissociation limit of a chemical bond and the latter manifests itself in a system with excess electrons. To solve these problems we introduced a concept of the energy electron density by projecting the electron density on the energy coordinate defined as the electrostatic potential formed by the nuclei in the system. Then, a novel exchange functional was developed on the basis of the energy electron density. To examine the efficiency of the method we applied this functional to the calculation of the potential energy curves for diatomic molecules. It turns out that the PEC for these molecules can be adequately computed with the comparable accuracy as the current exchange functional based on GGA approximations.

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2013 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (18 results) (of which Invited: 7 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Why is Benzene Soluble in Water? Role of OH/pi interaction in Solvation2015

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi, Daiki Suzuoka, Akihiro Morita
    • Journal Title

      Journal of Chemical Theory and Computation

      Volume: 11 Pages: 1181-1194

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Acidity of Water Probed by Free Energy Calculation for Trimet hylamine Protonation2014

    • Author(s)
      Yusuke Tabe, Nobuaki Kikkawa, Hideaki Takahashi, and Akihiro Morita.
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 118(2) Issue: 2 Pages: 977-988

    • DOI

      10.1021/jp4078882

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computation of the Free Energy due to Electron Density Fluctuation of a Solute in Solution: A QM/MM Method with Perturbation Approach Combined with a Theory of Solutions2014

    • Author(s)
      Daiki Suzuoka, Hideaki Takahashi, and Akihiro Morita
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 140 Issue: 13 Pages: 134111-134111

    • DOI

      10.1063/1.4870037

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] QM/MM 法と溶液の理論の融合による凝縮系の化学過程の自由エネルギー計算 (18) ―凝縮系の第一原理計算の方法論について―2014

    • Author(s)
      高橋英明
    • Journal Title

      分子シミュレーション討論会会誌「アンサンブル」

      Volume: 16 Pages: 51-54

    • NAID

      130005087686

    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Presentation] QM/MM-ER 法による電子密度揺らぎの自由エネルギー解析2015

    • Author(s)
      高橋英明
    • Organizer
      第9回 柔らかい分子系 ワークショップ: 自由エネルギー研究会
    • Place of Presentation
      東北大学理学研究科(宮城県、仙台市)
    • Year and Date
      2015-03-16
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] QM/MM-ER法によるATP加水分解の自由エネルギー解析2014

    • Author(s)
      高橋 英明、三木 雄詩、森田 明弘
    • Organizer
      新学術領域研究「柔らかな分子系」第2回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府、豊中市)
    • Year and Date
      2014-11-29
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    • Author(s)
      三木 雄詩、高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第28回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      仙台市民会館(宮城県、仙台市)
    • Year and Date
      2014-11-13
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    • Author(s)
      鈴岡 大樹、高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第28回分子シミュレーション討論会
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      仙台市民会館(宮城県、仙台市)
    • Year and Date
      2014-11-12
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      海野 悟、高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第28回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      仙台市民会館(宮城県、仙台市)
    • Year and Date
      2014-11-12
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      神戸 宏之、高橋 英明、森田 明弘
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      第28回分子シミュレーション討論会
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      仙台市民会館(宮城県、仙台市)
    • Year and Date
      2014-11-12
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  • [Presentation] QM/MM-ER法による凝縮系の化学過程の自由エネルギー計算2014

    • Author(s)
      高橋英明
    • Organizer
      第8回分子シミュレーションスクール
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      分子科学研究所(愛知県、岡崎市)
    • Year and Date
      2014-10-17
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  • [Presentation] 交換ホール関数に基づくQM/MM 法における交換反発ポテンシャルの計算2014

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      海野悟、高橋英明、森田明弘
    • 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(広島県、東広島市)
    • Year and Date
      2014-09-23
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  • [Presentation] 酢酸の水表面での酸解離平衡の計算2014

    • Author(s)
      神戸 宏之、高橋 英明、森田 明弘
    • 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(広島県、東広島市)
    • Year and Date
      2014-09-23
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] エネルギー座標上の電子分布を基本変数とする電子密度交換汎関数の開発2014

    • Author(s)
      高橋英明、森田明弘
    • 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(広島県、東広島市)
    • Year and Date
      2014-09-22
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 超並列 QM/MM-ER 法を用いた ATP 加水分解反応の自由エネルギー解析2014

    • Author(s)
      三木 雄詩、高橋 英明、森田 明弘
    • 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(広島県、東広島市)
    • Year and Date
      2014-09-22
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] QM/MM-ER 法と摂動論による溶媒和自由エネルギーの計算方法の開発とその評価2014

    • Author(s)
      鈴岡大樹、高橋英明、森田明弘
    • 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(広島県、東広島市)
    • Year and Date
      2014-09-21
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Becke-Roussel の交換ホール関数による QM/MM 交換反発ポテンシャルの構築2014

    • Author(s)
      高橋 英明、海野 悟、森田 明弘
    • Organizer
      第17回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県、名古屋市))
    • Year and Date
      2014-05-24
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 超並列 QM/MM 法による生体内化学 過程の自由エネルギー計算2014

    • Author(s)
      高橋英明
    • Organizer
      日本化学会 第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Implementation and Application of Massively Parallel QM/MM-ER Method2013

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi
    • Organizer
      CMSI(Computational Materials Science Initiative) satellite meeting
    • Place of Presentation
      名古屋
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of Massively Parallel QM/MM Method Combined with a Theory of Solutions2013

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi
    • Organizer
      CMSI International Symposium
    • Place of Presentation
      東京
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Massively Parallel Implementation of the QM/MM Approach Combined with a Theory of Solutions2013

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi
    • Organizer
      International Conference on Molecular Simulations
    • Place of Presentation
      神戸
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Free energy calcula,ons for chemical reac,ons in condensed phase with massively parallel QM/MM simula,ons2013

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi
    • Organizer
      5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
    • Place of Presentation
      奈良
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      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Book] Quantum Modeling of Complex Molecular Systems2015

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi, Nobuyuki Matubayasi
    • Total Pages
      50
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2014-07-25   Modified: 2019-07-29  

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