2018 Fiscal Year Research-status Report
新しいVB理論による2核金属錯体の結合生成過程における遷移状態とスピン構造の研究
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17KT0103
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| Research Institution | Quantum Chemistry Research Institute |
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Principal Investigator |
黒川 悠索 認定NPO法人量子化学研究協会, 研究所, 研究員 (30590731)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2020-03-31
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| Keywords | 励起状態 / Chemical Formula Theory / ポテンシャルカーブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、申請時において“新しいVB理論“と称していた理論をCFT法(Chemical Formula Theory)としてまとめ、その理論の整備と応用を行った。CFT法は、分子の基底・励起状態を化学的直観に合致した波動関数で表現する。本年度はこの理論に基きいくつかの原子・分子の基底・励起状態の計算を行った。本方法では、１つの電子に独立に軌道指数を割り当て初期関数を構成する。その際、二重被占になっている電子対についてはin-out相関を考慮した。また、励起状態はその状態ごとに電子配置(スピン状態)が異なるため、それぞれの電子配置ごとに軌道指数を最適化した。この方法による、He原子(Z=2)からMn原子(Z=25)までのin-out相関を含む最適化された軌道指数を得た。こうして得られた軌道指数を用いてCFT波動関数を構成し、それを初期関数としてFC (Free Complement, 自由完員関数)法を適用した。FC-CFT法を用いると原子のvalence励起エネルギーを高精度に求めることができ、その有用性を示すことができた。例えばNa原子の2P→2S発光はナトリウムランプなどに用いられる黄色い光(2.10eV, 589.8nm)であるが、FC-CFT法ではオレンジ色(2.02eV, 613.8nm)と計算され、0.1eV以下の誤差で求まった。さらに、CFT法を用いてBenzene分子の励起エネルギーを求めた。すると数秒以内の計算で第1励起エネルギーが5.3eVと求まり、実験値(4.9eV)に近い値が得られた。初期関数を改良することで精度を上げることは可能である。また、水素分子について(これは単結合の分子であるが)、FC法を用いて基底・励起状態のポテンシャルカーブを高精度に求めることができ、この成果はPCCP誌の表紙として採用された。
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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
本年度は、申請時において“新しいVB理論“と称していた理論をCFT法(Chemical Formula Theory)としてまとめ、その理論の整備と応用を行った。また、本理論に用いた遷移金属の軌道指数も最適化することができ、様々な原子・分子の電子状態(スピン状態)を求めることができることが確かめられた。そのため、(2)おおむね順調に進展している、とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
CFT法とFC理論を組み合わせたFC-CFT法を用いて、2核遷移金属の基底・励起状態について、金属-金属距離に注目しポテンシャルカーブを求める予定である。その際、本年度で得られた最適化された軌道指数を用いる。また、適宜必要な軌道指数も求める。それにより、結合解離状態、遷移状態、結合状態までの電子状態を詳細に求める予定である。
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| Causes of Carryover |
大型計算機を購入予定であったが、本年度は外部計算機等を利用することが可能となったため購入せずに済ますことができた。また、海外旅費についても予定額よりも割安に済ますことができた。その分は次年度に計算機購入及び大型計算機利用料として使用し、さらなる研究の加速化を計る。また共同研究として携わる研究者に対する謝金や学会旅費等に使用する。
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