2001 Fiscal Year Annual Research Report
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11166215
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平尾 公彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70093169)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
常田 貴夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20312994)
中嶋 隆人 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10312993)
中野 晴之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (90251363)
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| Keywords | 分子物理化学 / 電子相関問題 / 電子状態理論 / 多配置摂動法 / MRMP法 / 相対論効果 / DK3法 / QCAS-SCF法 |
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| Research Abstract |
生体分子、ナノサイズ分子など、大規模分子の電子状態、化学反応を精度よく記述することは、現代の量子化学理論の中心的な課題のひとつである。本研究の目的は新しい分子理論の開発やアルゴリズム、ソフトウエアの開発をもとに「次世代の分子理論」を開拓し、「理論に先導された分子設計、反応制御」を達成することにある。大規模分子を、実際に理論的に取り扱うには、数多くの解決すべき問題が残されている。本年度は、以下に述べるように、(1)新しい分子理論の開発、ソフトウエアの開発、(2)相対論的分子理論の開発、(3)大規模分子計算に向けた密度汎関数理論の開発、および、応用研究として、(4)分子理論の触媒反応系への適用、の4つのテーマに重点をおいて、プロジェクトを推進した。
(1)これまで、多配置摂動論(MRMP, MC-QDPT)などの開発を行い、分子の励起スペクトル、化学反応に適用してきた。しかしながら、大規模分子を実際に理論的に取り扱うには、出発点としている波動関数に含まれる電子配置の大きさがボトルネックである。この問題に対するため、系の性質に応じて任意の電子配置を選択することのできる手法GMC-SCF法、および、それを参照関数としたGMC-PT法を開発し、大規模分子の計算を可能にした。
(2)重い原子を含む系を研究する際には相対論的効果が重要である。これまで困難とされてきた高次のDouglas-Kroll法を開発し、DK3法として実現した。これを基に、重原子を含む化合物の正確な同定、および、周期表のすべての元素に対する高精度基底関数の開発等を行った。
(3)従来の密度汎関数法では、長距離電子間が交換相互作用が含まれていないため、ファン・デル・ワールス相互作用の記述が十分でなかった。この問題に対し、アンダーソンらによる密度汎関数をはじめて分子系に適用することによって解決した。
(4)これらの開発された分子理論を実際の系、特に強い水素結合の働く系に適用し、原子・分子レベルでの反応機構や強い水素結合の反応に対する役割を明らかにした。
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[Publications] Y.Kobayashi: "Multireference Moller-Plesset perturbation theory using spin-dependent orbital energies"Chem. Phys. Lett.. 336. 529-535 (2001)
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[Publications] H.Nakano: "Second-order quasi-degenerate perturbation theory with quasi-complete active space self-consistent field reference functions"J. Chem. Phys.. 114. 1133-1141 (2001)
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[Publications] T.Yanai: "A new implementation of four-component relativistic density functional method for heavy-atom polyatomic systems"J. Chem Phys.. 115. 8267-8273 (2001)
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[Publications] H.Iikura: "A long-range correction scheme for generalized-gradient-approximation exchange functionals"J. Chem. Phys.. 115. 3540-3544 (2001)
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[Publications] T.Nakajima: "Relativistic effects for polarizabilities and hyperpolarizabilities of rare gas atoms"Chem. Lett.. 2001. 766-767 (2001)
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[Publications] S.Yanagisawa: "Investigation of the Use of Density Functionals in Second-and Third-Row Transition Metal Dimer Calculations"J. Comput. Chem.. 22. 1995-2009 (2001)
