2022 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
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16K05659
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
宮田 竜彦 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 講師 (70390648)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 溶媒和自由エネルギー / MD hybrid closure / 3D-OZ理論 / RISM理論 / 平均力ポテンシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶媒和自由エネルギーを正確に求めるための方法論構築の一環として、溶媒-溶媒間相関関数を正確に求める方法を模索している。水のモデルについて、hybrid closureの適用性を検討した。具体的には、相関関数の短距離部分に分子動力学（MD）法のデータを用い、遠距離部分をRISM/KHまたはRISM/KGK理論で記述するという方法である（MD-KHまたはMD-KGK hybrid closure）。常温常圧の条件では、MD法のデータとRISM理論をうまく接続することができた。また、水よりも少し複雑な溶媒として、メタノールについてもhybrid closureの適用性を検討したが、この場合はMD法のデータとRISM理論の接続がうまくいかず、動径分布関数に不連続な点が出た。この接続性の相違の理由は分かっておらず、この点は今後の課題である。また、本研究で取り組んでいる熱力学量の正確性は、OZ理論でよく知られたthermodynamic inconsistencyの問題と本質的に同じである。このthermodynamic inconsistencyについて掘り下げて考えてみる一環として、平均力ポテンシャル（PMF）が各closure近似でどのように異なるのかについても調べてみた。HNC closure、KH closure、KGK closureを仮定し、Lennard-Jones溶液を対象としてPMFを2つのルートで計算し、比較した。ひとつ目のルートは無限希釈の溶質-溶質間相関関数から求まるPMFであり、ふたつ目のルートはRISM理論や3D-OZ理論を使って二原子分子の溶媒和自由エネルギーから求まるPMFである。後者では、二原子分子の共有結合の長さに対して溶媒和自由エネルギーがどのように変化するか、というデータを利用してPMFを求める。PMFはルートに依存して異なる結果となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
水を溶媒として、溶媒-溶媒相関関数を正確に求めるためのhybrid closureの適用性を検討し、MD法とRISM理論とがうまく接続できることを確認した。これにより、水和の計算精度の向上が期待される。Thermodynamic inconsistencyの問題に関連して平均力ポテンシャル（PMF）を取り上げ、近似計算ではPMFが計算ルートによって異なることを確認した。RISM理論と3D-OZ理論でも有意な差を確認した。クーロンポテンシャルを含んだ系ではIPY2 closure近似についても検討した。IPY2は価数の小さな電解質に関して、PMFをあまり正確に記述できないことが判明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、クーロンポテンシャルを含む系に対するOZ理論の近似法を検討する。IPY2 closureはそのためのひとつの近似法であるが、本研究で提案してきたSEB補正法についてもブリッジ関数の精度を定量的に調べ、よりよい近似法について検討する。この目的では、これまでに検討してきたhybrid closureを利用して正確なブリッジ関数の抽出を行い、いかにこれに近いブリッジ関数を提案するかが重要となる。
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| Causes of Carryover |
国際会議への参加を検討したが、新型コロナ感染症のため参加が難しかった。次年度は研究成果を論文として発表する予定であり、次年度使用額はそのための論文投稿料等に充当する計画である。
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