2009 Fiscal Year Annual Research Report
オーダーN法第一原理計算による水溶液中DNAの構造安定性に対する研究
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20540401
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
宮崎 剛 National Institute for Materials Science, 計算科学センター, 主幹研究員 (50354147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大塚 教雄 独立行政法人理化学研究所, 高速分子シミュレーション研究チーム, 研究員 (30465968)
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| Keywords | オーダーN法 / 第一原理計算 / DNA / 溶媒効果 / 密度汎関数法 / 構造最適化 |
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| Research Abstract |
本研究では、我々が開発して来たオーダーN法第一原理計算手法を、水溶液中のDNA(数千から数万原子)の系に適用し、この系における水和構造、構造安定性などを明らかにすることを目標とする。研究の過程で、生体系に対する第一原理計算にもとづいた研究を行うために必要な理論手法を明らかにし、その手法開発も行う
平成21年度は昨年度に引き続き、古典分子動力学プログラムAMBERの分子動力学の軌跡から何点かのスナップショットの構造に対してオーダーN法第一原理計算を実現し、AMBERによる古典力場の結果と第一原理計算の結果の比較を行った。計算された力に対しては、古典力場と第一原理計算の違いが場所や環境によってどのように変化するのかを詳細に調べ、カウンターイオンとの位置関係による影響などを明らかにした。
本研究から原子に働く力の計算がかなり精度良く行えることは示されたが、その一方で全エネルギーの計算は多原子系の計算を行っている事から生じる誤差が無視できないことが分かった。この問題を解決するために、密度行列を表す局在基底の最適化方法を改善するための手法開発を行った。さらに、従来の第一原理計算で問題となるファンデルワールス相互作用の効果を調べる研究を開始した。
プログラム、手法開発に関しては、物質・材料研究機構の大型計算機が平成21年度に更新されたので、プログラムの高速化を行い、並列化効率の調査を行った。その結果、1000を越える並列度でも並列化効率が高いことが分かり、シリコン系に対して大規模計算が可能であることを示した。
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