2017 Fiscal Year Annual Research Report

重原子系に対する量子化学的ＮＭＲ化学シフト計算手法の開発と予測法の構築

Research Project

Project/Area Number	16J10586
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	速水雅生早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2016-04-22 – 2018-03-31
Keywords	相対論的量子化学 / 核磁気遮蔽定数 / ゲージ因子内包型原子軌道 / 無限次Douglas-Kroll-Hess法
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題は、重原子を含んだ化合物に対して相対論的量子化学に基づき、高精度かつ実用的なNMR化学シフト計算手法の開発と量子化学的見地に基づいた予測法の創出である。この課題を遂行するためには、高精度な核磁気遮蔽定数計算理論の開発は不可欠である。しかし、相対論的量子化学に基づく計算理論は実数で取り扱う非相対論（NR）と異なる複素数の演算が必要であり、一般的な汎用量子化学計算パッケージの拡張では対応できない。前年度は、最も高精度な2成分相対論法の一つである無限次Douglas-Kroll-Hess（IODKH）法に基づく、相対論的NMR化学シフト計算のためのプログラム基盤の構築を行った。続いて、磁気的物性計算においてゲージ原点の選び方によって非物理的に計算精度が低下するというゲージ原点依存性の問題を解決すべく、ゲージ依存原子軌道（GIAO）を用いた核磁気遮蔽定数計算理論の導出し、ゲージ原点依存性を大きく改善した計算理論を構築・実装した。しかし、完全な排除には至っておらず、本年度は完全にゲージ原点非依存な計算理論としてゲージ因子内包型ユニタリー変換（GF-UT）法の提案を行い、IODKH法と組み合わせたNMR化学シフト計算理論の開発を行った。続いて、GF-UT法をベースとしたNMR化学シフト計算アルゴリズムの高速化にむけて、1つ目に全エネルギーの微分量として定義される物性計算に不可欠な積分微分アルゴリズム、特に 2 電子積分微分の高速計算アルゴリズムの開発をと、2 つ目にユニタリー変換にかかる計算時間の削減を目的とした磁場に対する相対論効果の局所性の検討と局所性を活用した効率的なユニタリー変換法の開発を行った。さらに、実用化に向けてこれまで開発してきた NMR 化学シフト計算理論を相対論的汎用量子化学計算プログラムパッケージの一つである”RAQET”へと導入した。
Research Progress Status	29年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	29年度が最終年度であるため、記入しない。