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2011 Fiscal Year Research-status Report

水素結合分子集団の量子振動状態に関する新規高精度シミュレーション手法の開発

Research Project

Project/Area Number 23550011
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

三浦 伸一  金沢大学, 数物科学系, 准教授 (10282865)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords経路積分 / 変分経路積分 / 量子モンテカルロ / 水素分子クラスター / パラ水素
Research Abstract

水素分子クラスターの変分経路積分分子動力学計算を実施した。クラスターのサイズは、N=3のような小さなところからN=20程度の中規模サイズ領域までをカバーしている。古典的な計算からは、N=7, 13が安定な構造であることが示されており、いわゆる魔法数に対応する。量子効果を取り込むと、運動エネルギーの寄与によりN=7にあった化学ポテンシャルの極小が消失した。計算した範囲内ではN=13には浅い極小が存在しているので、このサイズは魔法数のクラスターと呼んでもよいであろう。またこの計算では、射影演算子の離散化した経路積分表示を得る際に高次分解の方法を用いており、この手法の有効性が水素分子クラスターに対しても示されている。このような非調和性が強くまた量子効果が大きい系は、振動SCF法のような基底関数ベースの方法では信頼性のおける結果を得ることができないために、本研究で開発されている方法の重要性が明確に示された。 またプロトン化した水クラスターの経路積分分子動力学計算を実施した。本研究は、通常の経路積分計算であり、変分経路積分計算を実施するための予備計算も兼ねている。計算を実施した温度は、室温に近い高い温度領域であるが、特にプロトン移動を記述する反応座標に関する分布には強い量子効果が見られた。構造に関しては、古典近似および量子化した場合、共に開いた構造が主であったが、低温になると大きく異なってくることが予想される。低温での計算が待たれるところである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

試行関数から厳密解を取り出す射影演算子を構成するための近似について、水素分子クラスターに対して適用してその有効性は示されており、この方向の努力はおおむね順調に進展している。一方、水クラスターを念頭おいた試行関数の構築に関しては、実装に向けて現在問題点を検討中である。

Strategy for Future Research Activity

水素分子クラスターを中心に方法の開発・応用はおおむね順調に進展している。今後はガウス関数をもとにした水素結合分子系の試行波動関数の構築に注力する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

今年度までに得られた結果を発表するための旅費を中心に使用する予定である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Molecular dynamics and hybrid Monte Carlo algorithms for the variational path integral with a fourth order propagator2012

    • Author(s)
      S. Miura
    • Journal Title

      The ACS Symposium Series, Advances in Quantum Monte Carlo

      Volume: 1094 Pages: 177-186

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A particle-based method for generating exact quantum many-body states2011

    • Author(s)
      S. Miura
    • Journal Title

      GAKUTO International Series --- Mathematical Sciences and Applications

      Volume: 34 Pages: 129-138

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 変分経路積分分子動力学法の開発と分子系への応用2012

    • Author(s)
      住田由加里, 三浦伸一
    • Organizer
      次世代ナノ統合シミュレーションソフトウエアの研究開発 公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      ニチイ学館、兵庫県
    • Year and Date
      2012年3月6日
  • [Presentation] 第一原理経路積分分子動力学法プログラムの開発と水素結合系への応用2012

    • Author(s)
      石井史之, 三浦伸一
    • Organizer
      次世代ナノ統合シミュレーションソフトウエアの研究開発 公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      ニチイ学館、兵庫県
    • Year and Date
      2012年3月6日
  • [Presentation] Structural fluctuations in para-hydrogen clusters studied by the variational path integral molecular dynamics method2011

    • Author(s)
      S. Miura
    • Organizer
      8th Liquid Matter Conference
    • Place of Presentation
      Vienna, Austria
    • Year and Date
      2011年9月9日
  • [Presentation] A molecular dynamics study of protonated water clusters,2011

    • Author(s)
      Y. Sumita and S. Miura
    • Organizer
      8th Liquid Matter Conference
    • Place of Presentation
      Vienna, Austria
    • Year and Date
      2011年9月6日
  • [Presentation] 水素ハイドレートの分子動力学シミュレーション2011

    • Author(s)
      東真史, 三浦伸一
    • Organizer
      第5回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • Year and Date
      2011年9月23日
  • [Presentation] プロトン化した水クラスターの理論的研究2011

    • Author(s)
      住田由加里, 三浦伸一
    • Organizer
      第5回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • Year and Date
      2011年9月22日
  • [Presentation] 変分経路積分分子動力学法を用いた量子クラスターの構造に関する研究2011

    • Author(s)
      三浦伸一
    • Organizer
      第5回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • Year and Date
      2011年9月21日
  • [Presentation] Variational path integral molecular dynamics method applied to molecular systems2011

    • Author(s)
      S. Miura
    • Organizer
      XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics (QSCP-XVI)(招待講演)
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Year and Date
      2011年9月13日
  • [Presentation] 変分経路積分分子動力学法の分子系への適用2011

    • Author(s)
      三浦伸一
    • Organizer
      第25回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学デジタル多目的ホール・メディアホール、東京都
    • Year and Date
      2011年12月7日
  • [Presentation] プロトン化した水クラスターの構造とゆらぎ2011

    • Author(s)
      住田由加里, 三浦伸一
    • Organizer
      第25回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学デジタル多目的ホール・メディアホール、東京都
    • Year and Date
      2011年12月6日
  • [Presentation] 水素ハイドレートの構造とゆらぎに関する研究2011

    • Author(s)
      東真史, 三浦伸一
    • Organizer
      第25回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学デジタル多目的ホール・メディアホール、東京都
    • Year and Date
      2011年12月6日
  • [Presentation] 経路積分分子動力学法を用いたプロトン化した水クラスターの構造ゆらぎに関する研究2011

    • Author(s)
      住田由加里, 三浦伸一
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学ES総合館ESホール、愛知県
    • Year and Date
      2011年11月15日
  • [Presentation] 分子動力学法を用いた水素ハイドレートの理論的研究2011

    • Author(s)
      東真史, 三浦伸一
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学ES総合館ESホール、愛知県
    • Year and Date
      2011年11月15日

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Published: 2013-07-10  

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