2017 Fiscal Year Research-status Report
正確なスピン描像に基づいた縮退系の新規電子状態理論の開発と応用
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17K14438
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
土持 崇嗣 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 特命助教 (40763933)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子化学 / 電子状態理論 / 理論化学計算 / 多配置波動関数理論 / スピン射影 / 多核金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結合解離・反応遷移状態・遷移金属を含む化合物などにおける多配置の電子状態は、通常のHartree-Fockに根ざした電子相関手法では取扱いが困難である。このような多配置性を低い計算コストで実現する波動関数理論として電子スピン反転法（SF法）やスピン対称性の破れを利用するUHF法があるが、これらの波動関数は正しいスピン状態を保持しない。そこで本研究の目的は、スピン射影を組み合わせることで汎用的な手法として開発しこれを広く適用することにある。
平成29年度は、スピン反転一電子励起にスピン射影を行うSF-ECISにさらにスピン反転もしくは保存一電子励起を組み込むことで、電子同士の動的な衝突に由来する電子相関効果を記述するDSF-ECISD及びSF-ECISDを開発し、プログラム実装した。これを用いて一重項-三重項分裂の計算を行なった所、SFを考慮しないECISDとほぼ同じ高精度の結果が得られることが分かった。一つの状態のみを記述出来るECISDと異なり、SF-ECISDは複数の電子状態が得られるため、その高い有用性が判明した。また、SFを伴わないUHF法からの多配置-単状態理論であるECCSDを導出・実装した。
また、計算コストと精度の兼ね合いから、SF-ECISを参照にとる摂動論や乱雑位相近似によって動的電子相関を記述することを計画している。そこでこれらの理論で必要となる、SF-ECISからの一電子・二電子励起で現れる行列要素を解析的に導出、プログラム実装した。また、SF-ECISのエネルギーは軌道の最適化によって大きく改善されることが分かり、電子相関を記述する上で用いる軌道が非常に重要な役割を持つこととも明らかになった。
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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
初年度に計画していたSF-ECISD法・DSF-ECISD法の実装は終了し、計算プログラムパッケージGELLANを用いて現在実用的に使用することが可能である。摂動論の実装については、エネルギー評価に必要な行列要素の導出・実装が最も困難を極める過程であるが、初年度でこれを終えた。また、初年度以降実施として計画されていた、SF-ECISD及びDSF-ECISDに対する構造最適化法・応答電子密度法は、既存のECISDのものとの類似性から、摂動論に移行するより先にこちらを優先実施することで滞りなく開発することに成功した。このため、計画と実施内容に前後があったものの、全体としてはおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
SF-ECISに対する摂動論について必要な行列要素は、ヘシアン行列や乱雑位相近似の構成要素でもある。一方で初年度の研究成果によって、参照状態としてのSF-ECISにおける軌道最適化の重要性が示唆されている。そこでまず初年度に導出・実装されたヘシアン行列を用いて信頼性の高い軌道最適化のプログラムを作成することが必要である。また、摂動論ではハミルトニアン分割の任意性が介入してくるため、SFを伴わないスピン射影において種々のハミルトニアン分割の有効性を検討する。また摂動論と類似しているが任意性がない乱雑位相近似を定式化・実装し、従来法との比較を図る。これら新規手法の精度検証を通して、構造最適化法・応答電子密度の開発を行い、多核マンガンクラスターの応用計算に移行していく。
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| Causes of Carryover |
国際学会に複数出席する予定であったが、開催場所によって旅費が大きく変動するため、請求した旅費を全て充てるのに適当な会議がなかったため、その誤差として次年度使用額が生じた。
平成30年度は前年度より多くの研究成果も期待できることもあり、国内・海外問わず積極的に会議に参加することで使用する計画である。
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| Remarks |
特になし
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