Dynamical non-adiabatic theory of chemical bond with localized electron wave packet with valence-bond spin-coupling

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22173
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: Tokyo Woman's Christian University
• Principal Investigator: Ando Koji 東京女子大学, 現代教養学部, 教授 (90281641)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Keywords: 電子ダイナミクス / 化学結合理論 / 凝縮系シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

A theory of localized electron wave packets with the valence-bond spin-coupling was developed and applied. Potential energy surfaces for electron dynamics were constructed, and high-harmonic generation spectra from LiH molecule and H and He atoms were calculated and analyzed. It was confirmed that a suitable potential surface for electron dynamics can be obtained by varying the center position and width of the wave packet, although it is a minimum basis of one wave packet per electron. New insights into the mechanism of high-harmonic generation were obtained by analyzing the wave function. As a basis for applying the localized electron wave packet method to condensed phase simulations, we developed analytical methods for molecular dynamics simulations of olfactory and taste receptor proteins and acid ionization in water.

Free Research Field

理論化学、計算化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中心位置と幅が可変であるような局在電子波束を原子価結合法と組み合わせる理論は、本研究のオリジナルであり高度に挑戦的である。特に、波束中心位置の関数としてポテンシャルエネルギー曲面を構築することで電子ダイナミクスの解析を可能とした点は、標準的な分子軌道法では自明には得られない独創的な特徴である。原子価結合法は、PaulingやCoulsonの時代に静的な化学結合理論として定性的に見通しの良い描像を与えたが、基底関数の非直交性に由来する技術的な困難によって表舞台から退いていた。これに新たな光を当て、動的な化学結合理論として発展させることを試み、一定の成果を得たことが、本研究の学術的意義である。