2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development on quantum multicomponent theories and these application to protonics and positronics
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18H01945
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
立川 仁典 横浜市立大学, データサイエンス学部, 教授 (00267410)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子多成分系理論 / 量子水素 / 陽電子化合物 / ミューオニウム化合物 / 生体超分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、より実構造に近い理論計算を実現するために、申請者が開発してきた量子多成分系分子理論手法を高精度化し、かつ周囲環境を適切に取込む、(1)多階層量子多成分系理論の高度化・システム構築を行うことにある。それにより、水素・陽子が関わるプロトニクスや陽電子が関わるポジトロニクスにおいて、可能な限り実構造に近い(2)量子水素系、陽電子・ミューオン系の高精度・大規模計算を実現する。
(1)多階層量子多成分系理論の高度化・システム構築： 多階層量子多成分系理論手法のために、局在基底、平面波基底、分子力場を多階層的に取込む手法の開発、および高並列化効率を見据えて階層的並列化へのプログラム実装を行った。また本年度は、多階層量子多成分系理論手法において微分計算のための新たなプログラムも実装した。
(2)量子水素系、陽電子・ミューオン系の高精度・大規模計算： 本年度も引き続き、応用計算として、量子水素系、陽電子化合物、およびミューオニウム化合物の高精度計算を実施した。量子水素系としては、低障壁水素結合（LBHB）を有するperiplasmic phosphate binding protein (PPBP) のモデル分子（酢酸）に対してリン酸とヒ酸がそれぞれ水素結合を形成するようなクラスターに対して、核の量子効果を含めた高精度・大規模計算を実現した。リン酸の水素結合における原子の方がヒ酸の場合よりも分極が大きくなっているため、この分極の効果により、リン酸でプロトン移動が頻繁に起きるといったLBHB特有の性質を示すことがわかった。本研究成果は、既にJCC誌に掲載された。また陽電子化合物においては、海外研究協力者のSurko (米)らが実測した、炭化水素分子やアミノ酸への陽電子吸着能をターゲットとした。これら一連の研究成果をJPCA誌等に報告した。またミューオン化合物の計算も引き続き実施し、特に超微細結合定数に着目して、現在解析を実施している。
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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
多階層量子多成分系理論手法の構築とプログラム実装を行い、既存プログラムとのリンクや力の計算ルーチン作成にも成功した。また応用計算として、量子水素系、陽電子化合物、およびミューオニウム化合物の高精度計算も実施した。2019年度、国際会議等への積極的な参加により、最先端の実験化学者との積極的な交流を持つことができた。いくつかの研究成果は既に多くの学会発表や論文として報告しており、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き理論手法開発およびプログラム実装により、多階層量子多成分系理論手法を深化させる。また水素・陽子が関わるプロトニクスや陽電子が関わるポジトロニクスにおいて、数多くの応用計算も実施していきたい。実験研究者との共同研究も活性化させる。一方、当初雇用を予定していた博士研究員であるが、二年目にも本研究課題遂行のための適切な人材をみつけることができなかったため、次年度に海外から適切な人材を招聘する予定である。
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