2012 Fiscal Year Research-status Report
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23750007
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 健 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30507091)
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| Keywords | 分子間力 |
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| Research Abstract |
局所密度近似や一般化勾配近似に基づく密度汎関数理論(DFT)は分散力を記述できない。よく行われる経験的な分散力補正は経験的なパラメータの適用範囲が限られる。一方波動関数理論に基づく電子相関法は分散力などの弱い分子間相互作用を記述することが出来るが、計算コストが高すぎるので生体分子のような大規模・複雑系への適用は困難である。そこで本研究では、電子密度応答関数に対する局所近似(Local Response)に基づいて分散力(Dispersion)を 非経験的に算出するLRD法を考案し、弱い相互作用を高精度かつ効率的に記述できる新しい手法の開発を目指した。LRD法は分子中の原 子間分散力係数を基底状態電子密度の汎関数として与える。さらに、多中心相互作用への拡張や自己無撞着的解法の実装を行い、複雑な分子集合体の高精度量子化学計算を可能にした。またメモリ共有型、および分散メモリ型の並列実装を行い、大規模系への応用に向けて電子状態計算パートの準備を完了した。最終年度である平成25年度に、この方法を第一原理分子動力学計算に拡張し、生体分子のTHzスペクトルのシ ミュレーションに応用する。
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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
研究計画は次の三つのパートからなる。
(1) 局所応答分散力法に基づく高精度密度汎関数理論（LRD法）のプログラム整備
(2) LRD法に基づく電子状態計算からエネルギー勾配を受け取り、第一原理分子動力学計算を行うためのコード作成（ab-initio MD）
(3) 上で完成させたab-initio MDの分子間相互作用領域のテラヘルツ分光への応用
本年度までに、研究計画の要である(1)を完了した。具体的には、効率的な解析的エネルギー勾配法の導出と実装（23年度）、ONIOMM法による大規模系計算への拡張（23年度）、およびメモリ共有・メモリ分散両タイプの並列実装（24年度）を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 分子動力学プログラムの実装
量子化学計算プログラムとのインターフェースを備えたボルン・オッペンハイマーMDを実装する。MD計算から吸収スペクトルを抽出す るために [Noid et al, JCP (1977)]、系の双極子モーメントの自己相関関数を計算する。これをフーリエ変換することにより吸光断面積を求める。
(2) DFT-LRD の高速化
DFT-LRD 計算のボトルネックは、自己無撞着場 (SCF) の手続きにおけるクーロン、厳密交換、および交換相関汎関数からの寄与を含 むFock行列の繰り返し計算である。この中で、厳密交換項の効率化が最も難しいが、弱い分子間力や結合変換を精度良く記述するため に不可欠である。本研究ではデュアルレベル (DL) 法 [Nakajima and Hirao, JCP (2006)] を用いて計算の高速化を図る。
(3) DFT-SAPT法の開発 対称適合摂動論(SAPT)は、単量体の波動関数を基底として二量体の分子間相互作用を摂動展開する高精度な分子間力計算手法である。 本研究ではLC-DFT [Iikura, JCP (2001); Sato et al, JCP (2005)] に基づくDFT-SAPTを開発し、精密な分子間相互作用解析を可能にする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
国内会議および国際会議のための旅費、メインコード開発のためのLinux搭載デスクトップコンピュータ購入のための支出を予定している。
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