Establishing transition-state and excited-state calculation methods for large complicated electronic structure systems and their application to biomolecular reactions

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K05738
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Kobayashi Masato 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40514469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤間 知子 北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(RPD) (60580149)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 理論化学 / 量子化学 / 電子相関 / 大規模系計算 / 励起状態計算 / 遷移状態 / エネルギー勾配

Outline of Final Research Achievements

In this research project, in order to establish a quantum chemical theory for enabling transition-state search and treating excited states of large systems with complex electronic structures, we have theoretically expanded and integrated three foundations: the divide-and-conquer (DC) method for calculating electronic structures of large systems, the Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) method for simply treating static electronic correlations, and the real-time time dependent (RT-TD) method for calculating excited states. In particular, for the DC method, we also developed a method to automatically control the error associated with the DC approximation.

Free Research Field

電子状態理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DC法は、従来は系の大きさに対して3乗以上の大きさで増加する計算時間を大幅に短縮することができるが、近似に伴い誤差が混入する問題があった。本研究により、生体内化学反応のような大規模系の反応過程の計算を、近似に伴う誤差を適切に制御しながら、実行することができるようになった。また、大規模で複雑な電子構造を持つ系の計算は、従来は専門家であっても難しいものであったが、これを簡便に実行可能なDC-HFB法と、これを用いた構造・遷移状態最適化手法の開発に成功した。