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グラフ理論的解析による化学動力学系の相空間構造のデザインと反応制御理論への応用

Research Project

Project/Area Number 17J10744
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

水野 雄太  東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords化学反応動力学 / 非断熱動力学 / 量子波束動力学 / 相空間構造 / 有向グラフ / 非断熱化学動力学 / 化学反応制御 / アルカリハライド / 冪減衰
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,化学動力学系の相空間構造を有向グラフによって近似的に表現し,そのグラフ構造に基づいて化学反応過程を解析することで,化学反応制御の理論的指針を与えることを目的としている.
本年度は,昨年度定式化した非断熱化学動力学系の相空間構造の有向グラフ表現の理論的基礎付けを再検討し,有向グラフ表現の新しい計算手法を開発・実装した.これにより,有向グラフ表現に基づく化学反応過程の理解・予測の枠組みとしての理論的完成度と予測精度の向上を達成した.非断熱化学動力学は一般に複雑な様相を呈するが,本枠組みに基づけば複雑な過程も視覚的に捉えられ,従来解明が困難であった化学反応過程の機構を直観的に理解することができる.この新しい理論的枠組みに関する論文は現在投稿準備中である.
本年度はさらに,昨年度見出したアルカリハライド分子光解離反応における冪的挙動に関して,議論を一層深めて,その成果を論文として出版した.有向グラフ表現に基づく解析により,この冪的挙動は化学動力学系の相空間構造と核波束の量子干渉効果に起因するものであることが分かった.この反応は,相空間構造のパターンが反応速度に大きな影響を与える例となっている.この例のように有向グラフ表現に基づく枠組みによって相空間構造と反応速度の関係が理解できるということは,本枠組みが化学反応制御の理論的指針の導出に有用である可能性を示している.
上記のアルカリハライド分子光解離反応における冪的挙動の発見と機構解明は,当初の計画になかった成果である.一方で,当初計画していた有向グラフ表現に対するグラフ理論的解析手法の適用に関しては,有向グラフ表現の理論的定式化の部分に時間がかかったため,十分な成果がまだ得られていない.有向グラフ表現の化学反応制御問題への体系的応用は,今後の課題である.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Power-law decay in the nonadiabatic photodissociation dynamics of alkali halides due to quantum wavepacket interference2018

    • Author(s)
      Yuta Mizuno and Koji Hukushima
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 149 Issue: 17 Pages: 174313-174313

    • DOI

      10.1063/1.5048957

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A diagrammatic approach to understanding complicated nonadiabatic chemical reaction dynamics2019

    • Author(s)
      Yuta Mizuno
    • Organizer
      XV International Workshop on Quantum Reactive Scattering
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 複雑な非断熱化学反応ダイナミクスのダイアグラムによる理解2018

    • Author(s)
      水野雄太,福島孝治
    • Organizer
      第12回分子科学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Power-law decay in nonadiabatic reaction dynamics2018

    • Author(s)
      Yuta Mizuno
    • Organizer
      Geometry of Chemical Reaction Dynamics in Gas and Condensed Phases
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Power-law decay in the photodissociation dynamics of LiF in gas phase2018

    • Author(s)
      Yuta Mizuno, Koji Hukushima
    • Organizer
      34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Power law decay in the photodissociation dynamics of LiF in gas phase2018

    • Author(s)
      Yuta Mizuno, Koji Hukushima
    • Organizer
      第34回化学反応討論会(34th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高強度レーザー場中の非断熱ダイナミクスのネットワーク構造2017

    • Author(s)
      水野雄太,福島孝治
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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