2014 Fiscal Year Annual Research Report
大規模系のための水素の量子効果を含む第一原理量子化学法の開発と応用
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24550005
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
島崎 智実 独立行政法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (40551544)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水素量子効果 / 量子化学 / 第一原理計算 / 周期境界 / 凝集系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本プロジェクトでは、スタンダードな密度汎関数理論(DFT)やab-initio量子化学理論では考慮されていない水素（プロトン）の量子性を調べるために、水素量子効果を考慮可能な高速かつ簡便な理論・アルゴリズムを確立させることを目標とした。さらに、タンパク質や酵素、バルク水溶媒等の凝集系に代表されるような大規模系における水素の量子効果を明らかにすることを目的とした。
本研究によって、非Born-Oppenheimer(non-BO)理論に基づいた第一原理計算において、一電子演算子を用いて高速に水素の量子効果を取り扱うことのできる理論を開発した。これにより、大規模系や凝集系に対しても水素（プロトン）の量子性を第一原理計算中で簡便に考慮できる手法を確立させた。
また、本研究では、凝集系を取り扱うために、周期境界条件のもとでの量子化学計算手法の開発を行うことを目指した。この目的のために、Range-separation density-fitting 法を開発した。これにより、より効率的に周期Hartree項を計算することを可能にした。
加えて、誘電率依存のscreened Hartree-Fock (HF) exchange ポテンシャル法を開発し、特に凝集系へと手法の展開を試みた。第一原理量子化学法ではhybrid-DFT法がしばしば用いられるが、ポテンシャルに組み込まれるHF項の割合は経験的に決定される。一方、開発した手法ではその割合は誘電率の逆数に比例することを理論的に明らかにし、新規のポテンシャルおよび汎関数を開発し、その検証を行った。
研究期間中にこれらの研究内容について、学会および論文誌上で発表を行った。
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Research Products
(6 results)
