2021 Fiscal Year Research-status Report
スピン対称化ハートリー-フォック法による化学結合のパラダイムシフト
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19K05371
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
井田 朋智 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (30345607)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プロトン伝導 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1985年にロシアのLuzanovによってRHFともUHFとも異なる、スピン対称化Hartree-Fock方程式（SSHF）を用いて水素分子の解離過程ついて計算を行ったところ、解離過程が補正されるだけでなく、驚くことに平衡核間距離においてCIに近いエネルギーを示したのである。計算結果の解析から、平衡核間距離におけるエネルギー安定性は、反平行なスピン分極構造が寄与していることが分かった。
更にSSHFの解析を進めたところ水素分子に関してCoulsonとFisherが提案したCF波動関数理論が全く同じであることを突き止めた。CF波動関数はその後、WilsonらによってVB法の一種として発展しており、この手法をMO法と統合する計算方法の開発を行った。
昨年度までは機械学数を通して計算の収束を計ったが、計算精度を維持しながら最適解を得る学習モデルの構築に至らなかった。しかし試行錯誤の中で化学反応に関する学習モデルが構築でき、この成果を今年度の学会発表に挙げる。
実際、一番の問題はCF波動関数を再現する際に非直交な参照系が出現することである。この非直交波動関数の存在は計算の収束性を著しく低下させた。WilsonらはVB法で用いられる空間固定基底関数を用いて計算を収束させるが、MO法に基づく如何なるソフトウェアにも実装するのは難しい。そこで申請者はUHFで用いるフォック演算子を改良し、CF波動関数をHartree-Fock方程式を解く手法（SCF）で計算する手法を構築した。この理論は現在論文として発表準備中である。加えて水素分子用に改良した計算手法を応用し、プロトン伝導に関する計算を行った業績を雑誌論文欄に記載する（Chem. Lett. 50、J. Phys. Chem. Lett.12）。
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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
水素分子に関してはこのSSHFとCoulsonとFisherが提案したCF波動関数理論が全く同じであることを突き止めた。CF波動関数はその後、WilsonらによってVB法の一種として発展しており、この手法をMO法と統合する計算方法の開発を行った。
昨年度までは機械学数を通して計算の収束を計ったが、計算精度を維持しながら最適解を得る学習モデルの構築に至らなかった。しかし試行錯誤の中で化学反応に関する学習モデルが構築でき、この成果を今年度の学会発表（学会発表1および2）に挙げる。機械学習に頼らず種々の検討の上、水素分子用に改良した計算手法を応用しプロトン伝導に関する計算を行った業績を雑誌論文欄に記載する（Chem. Lett. 50、J. Phys. Chem. Lett.12）。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際、一番の問題はCF波動関数を再現する際に非直交な参照系が出現することである。この非直交波動関数の存在は計算の収束性を著しく低下させた。WilsonらはVB法で用いられる空間固定基底関数を用いて計算を収束させるが、MO法に基づく如何なるソフトウェアにも実装するのは難しい。そこで申請者はUHFで用いるフォック演算子を改良し、CF波動関数をHartree-Fock方程式を解く手法（SCF）で計算する手法を構築した。この手法はUHF計算量と同程度でありながら、電子相関の一部、主に静的電子相関部分を完全に補完できることが分かった。研究の詳細は現在論文として発表準備中である。
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| Causes of Carryover |
本年度も前年と同様、国内外への学会発表用旅費を全く執行できず、来年度へ旅費として使用予定である。
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Research Products
(5 results)
