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Electron chirality in enantiomers and the generation of the homochirality by collision with cosmic rays and

Publicly Offered Research

Project AreaExploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos
Project/Area Number 19H05103
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

瀬波 大土  京都大学, 工学研究科, 講師 (40431770)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsホモカイラリティ / カイラリティ / アミノ酸 / 宇宙線 / 鏡像異性体
Outline of Research at the Start

(1)量子化学・物理、(2)素粒子、(3)宇宙の3テーマの研究を行う。
(1)各アミノ酸分子、その励起状態・イオン化状態等の電子カイラリティ非対称度を量子化学計算で調べ、効果の大きな分子と状態を調べる。
(2)宇宙線と分子との各非弾性衝突過程の研究。宇宙線エネルギーによってアミノ酸分子にどのような反応がどのくらいの断面積で起こるか調べる。
(3)宇宙の発展における、宇宙線フラックスとスペクトルの時間推移、宇宙でのアミノ酸分子の生成過程を調べる。
3テーマで調べた電子カイラリティ非対称度・宇宙線と分子内電子の断面積・宇宙線フラックスを用いて、各アミノ酸分子の鏡像異性体過剰率の発展方程式を定式化する。

Outline of Annual Research Achievements

前年度までの研究において、励起により分子の持つ電子カイラリティ非対称度は著しく増幅するとの予言を行っていた。この予言に基づき、鏡像異性体分子の励起状態におけるエネルギー差について研究を行った。最もシンプルな鏡像異性体分子であるH2X2 (X=O,S,Se,Te) について、EOM-CC-FFPT (Equation Of Motion-Coupled Cluster-Finite Field Perturbation theory)という高コストだが高精度の計算を行い、励起状態における鏡像異性体分子間のエネルギー差について調べた。基底状態、第一励起状態、第二励起状態を調べ、全てのH2X2分子についてどちらからの励起状態では基底状態と比べて1から2桁大きなエネルギー差が得られることを示した。この成果を基に今後は鏡像異性体間のエネルギー差だけではなく、電子カイラリティの非対称度への計算へと発展させる。
前年度の研究でアミノ酸分子、アラニン、セリン、バリンが持つ電子カイラリティ非対称性はホモカイラリティを生み出す機構と合致するように偏っていることをハートリー・フォック計算を行って示していた。ただ電子カイラリティ非対称度の計算はかなりの精度が必要であり、我々が行ったハートリー・フォック計算では精度がぎりぎりであったため、新たに密度汎関数法を用いてより高精度計算で確認を行った。十分に高精度で収束した値を得られるまではいかなかったが、高精度計算に必要な計算条件を明らかにした。そして十分に高精度ではない中間結果として前年度の結果を支持する結果が得られている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Effects of external electric field and internuclear length on effective electric field for measurement of electron electric dipole moment2021

    • Author(s)
      Senami Masato、Kuroda Naoya、Takahashi Toshiki
    • Journal Title

      Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering

      Volume: 21 Issue: 1 Pages: 99-107

    • DOI

      10.3233/jcm-204361

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electron chirality in amino acid molecules2020

    • Author(s)
      Senami Masato、Shimizu Tomoki
    • Journal Title

      Physics Letters A

      Volume: 384 Issue: 32 Pages: 126796-126796

    • DOI

      10.1016/j.physleta.2020.126796

    • NAID

      120006890701

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分子の電気伝導現象における電子テンション密度のスピン依存成分に関する理論的研究2021

    • Author(s)
      吉田 如寛
    • Organizer
      計算科学研究センター・ナノテクノロジープラットフォーム事業合同ワークショップ -データ科学に基づく理論・計算科学と実験科学の協働を目指して-
    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子の電気伝導現象における電子テンション密度のスピン依存成分に関する理論的研究2021

    • Author(s)
      吉田 如寛
    • Organizer
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 非平衡グリーン関数法を用いた電流によるカイラル誘起スピン選択性の起源の研究2021

    • Author(s)
      島田 隆史
    • Organizer
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
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      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron Chirality in Amino Acid and Homochirality2020

    • Author(s)
      Masato Senami
    • Organizer
      The 6th Quantum Science (QS) symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2020 -
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 多原子極性分子を用いた電子電気双極子能率探索において分子構造が有効電場とスピンに及ぼす影響2020

    • Author(s)
      黒田 直也
    • Organizer
      分子化学オンライン討論会
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      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron Chirality in Amino Acid and Homochirality2020

    • Author(s)
      Masato Senami
    • Organizer
      The 6th Quantum Science (QS) symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Effects of molecular structure of polyatomic polar molecules on spin dynamics and effective electric field2020

    • Author(s)
      Naoya Kuroda
    • Organizer
      The 3rd Univ. Ryukyus International Symposium of Theoretical and Computational Science (RIS-TCS)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The asymmetry of electron chirality induced by chiral structure of molecule2020

    • Author(s)
      Tomoki Shimizu
    • Organizer
      The 3rd Univ. Ryukyus International Symposium of Theoretical and Computational Science (RIS-TCS)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Electron Chirality in Chiral Molecules2019

    • Author(s)
      Masato Senami
    • Organizer
      5th Computational Chemistry Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 鏡像異性体における電子カイラリティの理論的研究2019

    • Author(s)
      清水 智規
    • Organizer
      第22回 理論化学討論会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 鏡像異性体の電子カイラリティに関する理論的研究2019

    • Author(s)
      清水 智規
    • Organizer
      第13回 分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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