2015 Fiscal Year Annual Research Report
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14J04667
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
太田 亜由美 上智大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 光異性化反応 / 励起状態ダイナミクス / フォトクロミック分子 / 半古典分子シミュレーション / 非断熱遷移 / ab initio計算 / トンネル効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度には、以下のテーマに取り組んだ。
(1) 気相および液相での1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-cis-ヘキサトリエン間光異性化反応に対する理論的研究
(2) 大気中におけるHSOラジカルの光解離過程に関する理論的研究
(3) 「トンネル効果」を取り入れた新規半古典動力学法の開発
主たるテーマとして初年度(平成26年度)から取り組んでいる(1)のテーマに関しては、すでに実験が報告されている1,3-シクロヘキサジエンと1,3,5-ヘキサトリエン間における光異性化反応に着目し、古典軌道ホップ法に基づく非断熱ab initio分子動力学計算による全自由度を考慮したシミュレーションを行った。本研究ではZhu-Nakamura公式を用いることで、取り入れられるべき量子効果の一つである「非断熱遷移」の考慮を可能としている。実験研究で用いられる緩和時間と分子振動解析法を用い、実験でも観測されているメジャーな分子振動をシミュレーションから得ることに成功している。以上の気相中での本異性化反応に対する研究結果を査読付き学術論文として発表した。液相中のシミュレーション結果でも実験と定量的な一致が見られており、現在これらの結果をまとめた論文を作成中である。テーマ(2)では、不安定で実験の困難なHSOラジカルに着目し、大気中・紫外領域における光解離過程について非断熱ab initio分子動力学計算を用いた解離経路の分岐比並びに解離条件の解明を目指している。本年の研究において、予想されていたOの解離経路に加え、新たにHが解離する解離経路の発見に至った。テーマ(3)については、半古典的手法において取り込まねばならない量子効果の一つである「トンネル効果」を考慮できる新規半古典動力学法の開発に着手し、モデルポテンシャルを用いた系に対しての査読付き学術論文発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
メインテーマであるシクロヘキサジエン、ヘキサトリエン間の光異性化反応に対する理論的研究では、全自由度モデルを用いた非断熱ab initio分子動力学計算により、高精度で実験と直接比較の可能な生成比決定・緩和時間解析・分子振動解析を行い、実際にそれらの結果を実験結果と比較し、査読付き学術論文として発表した。これらは気相での結果であるが、計算コストの観点から難しかった溶液中でのシミュレーションについても現在計算をすすめ、こちらも発表に向け論文を作成中である。
主たるテーマ以外にも、平成27年度内には大気化学分野のサブテーマも進捗し、「トンネル効果」を取り入れた新規半古典動力学法の開発というテーマにおいても論文発表を行っている。以上の理由から当初の計画以上に進展をしていると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
非断熱ab initio分子動力学計算と巨大系計算を行うための手法として有名なQM/MM法を組み合わせたプログラムを用い、メインテーマであるシクロヘキサジエン、ヘキサトリエン間の光異性化反応の溶液中でのシミュレーションに現在取り組んでいる。溶液中での超高速光反応かつ、無極性分子の反応ということで、溶液効果・分子運動の点で特徴的な結果が見えており、これらの結果を発表すべく学術論文を作成中である。
また、考慮すべき量子効果である「トンネル効果」を取り入れた半古典分子動力学シミュレーションの新たな手法開発に着手している。平成27年度に論文発表した手法はモデルポテンシャルを用いての計算にとどまっているが、ab initio計算と組み合わせ、on the flyでのポテンシャル計算を可能とした発展手法の開発が急がれる。次年度では、このトンネル効果を取り入れた新たなab initio分子動力学シミュレーションの開発、並びに現行の非断熱遷移の効果を取り入れた手法との統合を目指す。
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