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2015 Fiscal Year Annual Research Report

散逸系の階層方程式によるエキシトンや電子移動系の非線形応答解析

Research Project

Project/Area Number 26248005
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

谷村 吉隆  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20270465)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2019-03-31
Keywords階層方程式 / 非マルコフ効果 / 非摂動 / 多次元分光
Outline of Annual Research Achievements

27年度は階層方程式の数学的基礎を固めるために、座標で記述された系に対する実時間、虚時間の階層方程式を導出し、そのトランケーション・スキームについてもされあに発展させた。また非摂動、非マルコフ動力学を記述できる運動方程式がどうかを簡単に判断する規範として、ブラウン運動系に対する解析解を基礎にした4つの非マルコフ性テストを開発し、階層方程式がすべてのテストをクリアーすることを示した。
数値計算に関しては昨年GPU(グラフィック・プロセッサー・ユニット)化した階層方程式のプログラムを、4月に購入した発売されたばかりの2CPUで24Gのメモリーを搭載しているGPU上に実装し、散逸系の厳密計算としては歴史上最大となる3x4のスピングラス系の緩和のシミュレーションを行った。階層方程式の適用できるモデルも広げ、光合成系の励起子移動のモデルとしてよく用いられるホルンシュタインハミルトニアンに対する階層方程式を始めて導出し、光合成リボソーム系のモデルである1次元系について計算を行った。多次元分光に関しては、近年発展してきたテラヘルツ・ラマンおよび赤外・ラマンの分子動力学シミュレーションを行い、得られた2次元分光シグナルが、複数モードの非線形のブラウン振動子モデルに対して導いた古典的階層方程式で大変よく記述できること示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

階層方程式の数学的基礎は27年度の研究でほぼ完成した。26年度の基礎方程式に対する結果はJ.Chem.Phyのエディターズチョイス、28年度の結果はISIの注目論文にノミネートされるなど、その成果は広く認知されている。数値計算についてもGPU化が順当におこなわれ、3x4スピンに対する世界レコードの厳密数値計算が実行された。ま分子動力学を用いて得られた複雑な多次元分光シグナルも、申請者が開発し、さらに階層方程式に実装した非線形ブラウン運動モデルで、驚異的なぐらい解析できることを示すことを示すことができている。これらの結果はすべて論文として出版されている。

Strategy for Future Research Activity

GOU化によりエネルギー表示であらわされる系の数値計算は大幅に早くなったが、座標系に対するプログラムはまだGPU化されていない。化学は問題は電子移動やプロトン移動反応など座標系で記述される重要な問題が多いので、座標系に対する階層方程式をGPU化することを次の目標とする。このプログラムが完成したら、水分子の2次元分光など量子効果が重要になる系の解析にも用いることが可能である。
27年度の研究で階層方程式をホルンシュタインハミルトニアンに拡張したが、その拡張性を試すためにホルンシュタインハバードやBCSハミルトニアンなどへの拡張も試みたい。

  • Research Products

    (22 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 8 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] Nanyang Technological University(Singapore)

    • Country Name
      Singapore
    • Counterpart Institution
      Nanyang Technological University
  • [Int'l Joint Research] Technical University Dresden(Germany)

    • Country Name
      Germany
    • Counterpart Institution
      Technical University Dresden
  • [Int'l Joint Research] Hangzhou Normal University/Hangzhou Dianzi University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Hangzhou Normal University/Hangzhou Dianzi University
  • [Journal Article] Electron pumping under non-Markovian dissipation: The role of the self-consistent field2016

    • Author(s)
      R. Grossmann, A. Sakurai, Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn

      Volume: 85 Pages: 034803

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.034803

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Simulating two-dimensional infrared-Raman and Raman spectroscopies for intermolecular and intramolecular modes of liquid water2016

    • Author(s)
      H. Ito and Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 144 Pages: 074201

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4941842

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Fast, Accurate Simulation of Polaron Dynamics and Multidimensional Spectroscopy by Multiple Davydov Trial States2016

    • Author(s)
      N. Zhou, L. Chen, Z. Huang, K. Sun, Y. Tanimura, and Y. Zhao
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. A

      Volume: 120 Pages: 1562-1576

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.5b12483

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Real-Time and Imaginary-Time Quantum Hierarchal Fokker-Planck Equations2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys

      Volume: 142 Pages: 144110 -144131

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4916647

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Analysis of 2D THz-Raman spectroscopy using a non-Markovian Brownian oscillator model with nonlinear system-bath interactions2015

    • Author(s)
      T. Ikeda, H. Ito, and Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys

      Volume: 142, Pages: 212421-212437

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4917033

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Linear and third- and fifth-order nonlinear spectroscopy of a charge transfer system coupled to an underdamped vibration2015

    • Author(s)
      A.G. Dijkstra and Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 142 Pages: 212423-212431

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4917025

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spins Dynamics in a Dissipative Environment: Hierarchal Equations of Motion Approach using a Graphics Processing Unit (GPU)2015

    • Author(s)
      M. Tsuchimoto and Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Chem. Theory Comput.

      Volume: 11 Pages: 3110-3115

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.5b00488

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dynamics of a one-dimensional Holstein polaron with the hierarchical equations of motion approach2015

    • Author(s)
      L. Chen, Y. Zhao and Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Let.

      Volume: 6 Pages: 3110-3115

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.5b01368

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantum Heat Transport of a Two-Qubit System: Interplay between System-Bath Coherence and Qubit-Qubit Coherence2015

    • Author(s)
      A. Kato and Y. Tanimura
    • Journal Title

      J. Chem. Phys

      Volume: 143 Pages: 064107- 064115

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4928192

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Notes on simulating 2D Raman and THz-Raman signals with a full molecular dynamics simulation approach2015

    • Author(s)
      H. Ito, J. Jo, and Y. Tanimura
    • Journal Title

      Struct. Dyn.

      Volume: 2 Pages: 054102-054124

    • DOI

      10.1063/1.4932597

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 非断熱遷移過程の二次元電子分光による理論解析2016

    • Author(s)
      池田龍志・谷村吉隆
    • Organizer
      物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19
  • [Presentation] Two-dimensional Spectrocoopy for Quantum Heat Transport2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Organizer
      International CECAM-Workshop "Open Quantum Systems: computational Methods
    • Place of Presentation
      The University of Hong Kong
    • Year and Date
      2015-11-30
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 液体水の分子動力学法による2次元振動分光スペクトル計算と分子内OH伸縮振動および分子間水素結合並進運動間における振動カップリングの解析2015

    • Author(s)
      伊藤広伸、谷村吉隆
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-19
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによる2次元ラマン分光の実験解析:CHCl3/CCl4溶液2015

    • Author(s)
      趙珠延・谷村吉隆
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-17
  • [Presentation] Simulating, Modeling, and Analyzing Two-Dimensional THz-Raman Spectroscopies2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Organizer
      TSRC2015 Vibrational Dynamics
    • Place of Presentation
      Tellride Science Research Center, Tellride, Colorado, USA
    • Year and Date
      2015-07-30
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Real‐Time and Imaginary‐Time Quantum Hierarchal Equations2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Organizer
      Quantum Dissipation: Progress and Perspectives
    • Place of Presentation
      Freiburg Institute for Advanced Studies Albert-Ludwigs-Universitata Freiburg
    • Year and Date
      2015-07-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantum Heat Transport of a Two-Qubit System: Interplay between System-Bath Coherence and Qubit-Qubit Coherence2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Organizer
      5th Summit Meeting: “ Excitation Energy Transfer Processes in Physical , Chemical and Biological Systems”
    • Place of Presentation
      Techinische Universitat Munchen
    • Year and Date
      2015-07-09
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantum heat transport of a two-qubit system: Interplay between system-bath coherence and qubit -quibit coherence2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Organizer
      Recent Advances in Quantum Dynamics and Thermodynamics of Complex Systems. The 15th ICQC Satellite Meeting
    • Place of Presentation
      College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University
    • Year and Date
      2015-06-04 – 2015-06-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Reduced hierarchal equations of motion approach to quantum dissipative dynamics2015

    • Author(s)
      Y. Tanimura
    • Organizer
      Dynamical Quantum Effects in Molecular Processes Workshop
    • Place of Presentation
      Graduate Center, The City University of New York
    • Year and Date
      2015-05-14
    • Int'l Joint Research / Invited

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Published: 2017-01-06   Modified: 2022-02-07  

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