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溶液内化学反応やアモルファス材料のダイナミクスへ向けた大規模量子化学計算法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K05677
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

Fedorov Dmitri  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60357879)

研究分担者 西本 佳央  京都大学, 福井謙一記念研究センター, 特定助教 (20756811)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード電子状態 / 大規模計算 / 量子化学計算 / 理論開発
研究成果の概要

本研究課題では、これまで我々のグループで開発してきたFMO-DFTB法と呼ぶ手法を基にして、溶液内化学反応計算とアモルファス材料の大規模量子化学計算を可能にした。これにより、溶液中のたんぱく質の構造最適化を実現し、創薬・生体分野への応用が可能となった。また、120万原子以上の無機材料の分子動力学シミュレーションを可能にした。さらに、巨大分子系内での相互作用解析手法を開発し、分子内・分子間結合を分かり易く記述できるようになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題により、大規模なたんぱく質や無機材料の量子化学計算・分子動力学シミュレーションが可能となった。従来の古典力学を基にしたシミュレーションよりも高い精度が期待できるため、創薬分野におけるたんぱく質と基質間の相互作用計算や、新規あるいは未知の材料の物性計算に応用可能であると考えている。また、本研究課題で得られた成果の多くはGAMESS-USという量子化学計算パッケージにて公開されており、一般の方でも無料で利用することが可能である。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/University of Tennessee(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Institut Lumiere Matiere(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] The Fragment Molecular Orbital Method Based on Long-Range Corrected Density-Functional Tight-Binding2019

    • 著者名/発表者名
      V. Q. Vuong, Y. Nishimoto, D. G. Fedorov, B. G. Sumpter, T. A. Niehaus, S. Irle
    • 雑誌名

      J. Chem. Theory Comput.

      巻: 15 号: 5 ページ: 3008-3020

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.9b00108

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pair interaction energy decomposition analysis for density functional theory and density-functional tight-binding with an evaluation of energy fluctuations in molecular dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      D. G. Fedorov, K. Kitaura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 122 号: 6 ページ: 1781-1795

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.7b12000

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adaptive frozen orbital treatment for the fragment molecular orbital method combined with density-functional tight-binding2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishimoto, D. G. Fedorov
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 148 号: 6 ページ: 064115-064115

    • DOI

      10.1063/1.5012935

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-Body Expansion of the Fragment Molecular Orbital Method Combined with Density-Functional Tight-Binding2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto and Dmitri G. Fedorov
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 146 号: 7 ページ: 084101-084101

    • DOI

      10.1002/jcc.24693

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analytic hyperpolarizability and polarizability derivative with fractional occupation numbers for large extended systems2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 146 号: 8 ページ: 084101-084101

    • DOI

      10.1063/1.4976551

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The fragment molecular orbital method combined with density-functional tight-binding and the polarizable continuum model2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto and Dmitri G. Fedorov
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 18 号: 32 ページ: 22047-22061

    • DOI

      10.1039/c6cp02186g

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analytic second derivative of the energy for density-functional tight-binding with the fragment molecular orbital method2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakata, Yoshio Nishimoto, and Dmitri G. Fedorov
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 145 号: 4 ページ: 044113-044113

    • DOI

      10.1063/1.4959231

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分子内間相互作用解析2018

    • 著者名/発表者名
      D. G. Fedorov
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ナノ材料への応用へ向けたフラグメント分子軌道法と密度汎関数強束縛法を用いた理論開発2018

    • 著者名/発表者名
      西本 佳央
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 小数軌道占有数を用いた二次微分計算2017

    • 著者名/発表者名
      西本佳央、イレステファン
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学、日吉キャンパス、東京都
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of the fragment molecular orbital method combined with DFT and DFTB and applications to proteins2017

    • 著者名/発表者名
      D. Fedorov
    • 学会等名
      Interdisciplinary Symposium on Modern Density Functional Theory
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Analytic Hyperpolarizability and Polarizability Derivative with Fractional Occupation Numbers for Large Extended Systems2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishimoto
    • 学会等名
      11th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of interactions in complex systems2016

    • 著者名/発表者名
      D. Fedorov
    • 学会等名
      GAMESS7557
    • 発表場所
      Kaui Beach Resort, Lihue, 米国
    • 年月日
      2016-12-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FMO法とDFTB法とPCM法の組み合わせ(FMO-DFTB/PCM)2016

    • 著者名/発表者名
      西本佳央、フェドロフドミトリ
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート, 神戸市
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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