Solving the Non-BO Schroedinger equations and analytical potential energy surface

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H04867
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Quantum Chemistry Research Institute
• Principal Investigator: Nakashima Hiroyuki 認定NPO法人量子化学研究協会, 研究所, 部門長 (80447911)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: シュレーディンガー方程式 / 自由完員関数法 / 解析的ポテンシャル面 / 核の運動の量子効果

Outline of Final Research Achievements

The Born-Oppenheimer (BO) approximation is one of the most favorable assumptions ordinarily assumed in chemistry. In recent years, however, the significances of the nuclear quantum effects and the theoretical studies by non-Born-Oppenheimer (non-BO) calculations have been pointed out in various scientific fields. In the present study, we extended the free complement (FC) theory for solving the non-BO Schroedinger equations connected with the integral-free local Schroedinger equation method applicable to general atoms and molecules. We also developed the theory to obtain analytical potential energy surfaces from the non-BO wave functions. Thus, the present study indicated high potentialities for doing chemistry with exact non-BO solutions. We will further continue to develop the present theories to study more practical physical and chemical phenomena.

Free Research Field

量子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

シュレーディンガー方程式は、原子・分子の微視的世界を支配する量子力学の基礎方程式であり、この方程式を正確に解くことができれば、あらゆる化学現象を予言することができる。原子・分子は、原子核と電子から構成されるが、ほとんどの化学研究では重い原子核を固定し電子のみ量子的に扱う。しかし、原子核も量子的に扱うnon-Born-Oppenheimer (non-BO)こそ、真に量子力学原理を反映する。本研究では、これまで皆無であったnon-BOシュレーディンガー方程式を解く計算理論と、得られた解を解析し化学反応に応用する方法を開拓した。未熟な段階であるが、今後の発展の礎を築くことができたと確信している。