Development and applications of quantum-chemical methods to treat large cells for periodic materials

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02682
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Fedorov Dmitri 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60357879)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西本 佳央 京都大学, 理学研究科, 助教 (20756811)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電子状態

Outline of Final Research Achievements

In this research project, a quantum mechanical method, density-functional tight-binding was combined with periodic boundary conditions. The method, accelerated by fragmentation, can be applied to not only molecules, but also liquids, solutions, and solid state. Analysis of protein-ligand interactions, as pertinent to drug discovery can be performed. Chemical reactions of molecules on the surface and inside of crystals can be elucidated for design of catalysts. The developed analyses can be applied to functional groups, enabling design of more efficient materials.

Free Research Field

化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の量子化学計算手法を拡張し、液体、溶液、固体材料に対して、高速かつ高精度の計算ができるようになった。振動エネルギーや分子動力学シミュレーションを行うことで、有限温度の影響を取り入れた、より現実に近いシミュレーションを行うことができる。我々が開発した手法を用いたシミュレーションにより、エネルギーや構造を予測し、さらに相互作用解析を駆使することで、触媒の性能向上、薬剤の設計、そして様々な材料の改善すべき部分を、原子レベルで特定が出来るようになると考えられる。将来的には、種々の社会問題を解決ができるような新材料の設計に寄与できると期待する。