2019 Fiscal Year Research-status Report

熱力学量を正確に計算することを目指したOZ理論の改良

Research Project

Project/Area Number	16K05659
Research Institution	Ehime University
Principal Investigator	宮田竜彦愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 講師 (70390648)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2021-03-31
Keywords	溶媒和自由エネルギー / 2D-OZ理論 / RISM理論 / LJポテンシャル
Outline of Annual Research Achievements	本年度はこれまでの成果を拡張し、3～5原子分子の溶質の溶媒和自由エネルギーの高精度化を目指した。溶媒はLJ単原子分子とした。昨年度、二原子溶質分子に対して提案した新しい近似法（角度平均OZ理論と呼ぶ）を、三原子以上からなる一般的な溶質分子へ拡張した。具体的な溶質分子として、水、四塩化炭素、クロロホルムを考え、LJ溶媒中でのsite-site動径分布関数を求めた。RISM理論では、埋もれている原子に対して溶媒が直接接触できてしまう（例えば、水の水素原子に対してそのような動径分布関数が得られる）が、角度平均OZ理論ではこの点は改善される。さらに、角度平均OZ理論へSEB関数を適用すれば、溶媒和自由エネルギーの精度が改善されることも確認できた。また、単原子溶質に対するSEB関数が多原子分子へ移植できることも確認した。ただし、角度平均OZ理論ではsite-site動径分布関数のピークの高さが明らかに低い等、いくつか定量的な問題のあることも判明している。その他、溶媒を等核二原子分子にした場合の溶質-溶媒間のsite-site動径分布関数や溶媒和自由エネルギーの精度についても検討を試みた。その結果、正確な溶媒-溶媒相関関数を求めるための方法論構築が必要であることが判明した。本研究では、実空間での溶媒-溶媒相関関数（の近距離部分）をMD法で準備し、そのフーリエ変換を求めるために遠距離部分をRISM/KH理論で延伸する方法を試みた。等温圧縮率の精度からこれらの接続の妥当性を判断した。その際、波数kの小さい領域においてh(k)にはunphysicalな振動の見られる場合があることが分かった。それ以外に、溶質-溶媒間の相互作用がLJ+クーロンポテンシャルで記述できるモデルに対しても角度平均OZ理論の適用を試み、この系に対しても本理論が有効であることを示す予備的な結果を得た。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 溶媒-溶媒相関関数をMD法で準備する方法について、溶媒が単原子分子の場合についてはかなり確立でき、論文も出版された（この課題で、現在執筆中の論文もある）。LJ異核二原子分子を溶質とした場合の溶媒和自由エネルギーの高精度化についての結果を論文投稿した（本報告書執筆の段階で審査中である）。LJ+クーロンポテンシャルで相互作用する溶質-溶媒モデルについても少し知見が得られた。この成果については、本年度中に論文投稿する予定である。また、溶媒が多原子分子である場合の溶媒-溶媒相関関数を正確に求めるための方法論はまだ確立できていない。いくつか手がかりは得られているものの、これは現在進行中の課題である。
Strategy for Future Research Activity	2020年度は、溶媒が等核二原子分子である場合の、溶媒-溶媒相関関数を正確に求める方法について考察を進める。特に、MD法で求めた動径分布関数のフーリエ変換を正確に行なう方法について検討する。同様のことを、溶媒が単純な溶融塩である場合（LJ+クーロンポテンシャルで相互作用が記述される系のひとつ）についても検討する。これらの方法で準備した溶媒-溶媒相関関数を使って、多原子分子からなる溶質の溶媒和自由エネルギーの精度を詳細に調べる予定である。
Causes of Carryover	学会等での成果発表は順次行っている一方、研究の進展に伴う必要性から、計算機を1台追加で購入した。今年度の使用金額は、これまでの研究費の使用実績から見ておよそ1年分に相当するものである。前年度から繰り越した金額に相当する分がほぼそのまま次年度使用額となっている。次年度は国際会議へ参加する予定であり、次年度使用額はそのための旅費に充当する計画である。