超流動液体ヘリウム内の化学的過程に関する理論的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12740314
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 三浦 伸一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10282865)
• Keywords: 超流動 / 液体ヘリウム / 経路積分 / 分子動力学法 / 置換の擬ポテンシャル / ハイブリッドモンテカルロ

Research Abstract

極低温での溶液内化学反応および原子分子の分光実験が現在精力的に行われている。特に溶媒として超流動ヘリウムを用いた実験が行われており、量子効果に由来する様々な"奇妙な"化学的なプロセスが観測されている。本研究の目的はこのような超流動ヘリウム内での原子分子の溶媒和および化学反応の分子論的な描像を確立することにある。
本年度は、超流動ヘリウムを記述しうる方法論の開発を行った。液体ヘリウムの超流動性には粒子のスピンに由来する統計性(この場合はポーズ統計)を適切に考慮することが極めて重要である。昨年度本研究課題で開発した量子統計の効果を表現する"置換の擬膨ポテンシャル"を高次の近似に対して拡張した。モデル計算により、ヘリウムのような分子系で擬ポテンシャルは有効に働くことを示した。
さらに、分子間相互作用をモデルポテンシャルに依らず、第一原理から求め量子系のシミュレーションを行う方法を開発した。化学反応に典型的な結合の組替えがある場合は、モデルポテンシャルでこのプロセスを表現することは一般に難しく、第一原理から求めることが望ましい。昨年度開発した非経験的分子軌道法と経路積分法を結合した分子動力学法の厳密な定式化を行い、分極率の計算などの一般化への道を開いた。

Research Products

• [Publications] K.Shinoda: "A molecular approach to quantum fluid, based on a generalized Ornstein-Zernike infernal equation"J. Chem. Phys.. 114. 7497-7505 (2001)
• [Publications] K.Shinoda: "Isotope effect on the structure of quantum fluid : A generalized Ornstein-Zernike analysis"Chem. Phys Lett.. 337. 306-312 (2001)
• [Publications] K.Shinoda: "A generalized Ornstein-Zernike integral equation study of atomic impurities in quantum fluid"J. Chem. Phys.. 115. 4161-4168 (2001)
• [Publications] S.Miura: "Path integral molecular dynamic method based on a pair density matrix approximation"J. Chem. Phys.. 115. 5353-5361 (2001)
• [Publications] N.Yoshii: "A molecular dynamics study of dielectric constant of water"Chem. Phys. Lett.. 345. 195-200 (2001)
• [Publications] S.Shiga: "A unified scheme for ab initio molecular orbital theory and path integral molecular dynamic"J. Chem. Phys.. 115. 9149-9159 (2001)