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精密な相対論的電子状態理論の開発:分子物性と励起状態への展開

研究課題

研究課題/領域番号 20038040
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関首都大学東京

研究代表者

波田 雅彦  首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20228480)

研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2009年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2008年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード磁気物性 / 相対論 / 計算科学 / 量子化学 / NMR / 相対論的量子化学 / 無限次Douglas-Kroll変換 / 2電子項 / スピン-軌道相互作用 / Dirac-Fock-Coulomb / エネルギー勾配法 / 2成分ハミルトニアン / 分子物性
研究概要

相対論補正項と電子相関を適切に含めて電子状態計算を実施することは近年の量子化学では日常的になりつつあります。実験との不一致は電子状態理論の誤差ではなく、殆どは化学系のモデル化等によって生じる外的要因に帰すると考えられます。大規模計算はこのモデル化の自由度を高める上で計算精度向上と相補的に必要と云えます。一方、我々が本研究課題において目的とする事は相対論補正を中心とした電子状態理論の精密化です。日常的な化学反応解析などには不要かもしれませんが、精密な実験計画を支援したり、波動関数の精度に敏感な分子物性の計算、超重原子を含む化合物の計算などに具することを目指します。このためには上述の理由から大規模計算に適応する理論であることも必須となります。
本研究課題では1電子系では理論上Dirac方程式と等価な無限次Douglas-Kroll (IODK)変換を用いて、(a)多電子系分子の種々の2電子相対論補正を導出し、(b)計算プログラムを作成し、(c)計算精度を確認し、(d)各種の分子物性の計算を実施し、(d)電子相関との関係を検討します。
具体的な成果は以下の通りです。重原子や超重原子を含む化合物のエネルギーや分子物性の高精度計算を低コストで実現することが可能な多電子系10DK法を提案し、分子構造最適化や磁気的分子物性を含めた計算プログラムを開発した。この方法を利用して核磁気遮蔽定数やNMR化学シフトの計算を実施し、従来の高次相対論的では精度が不十分であった極めて重い原子でも、良好な精度で計算が可能であることを示した。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2010 2009 2008 その他

すべて 雑誌論文 (21件) (うち査読あり 19件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Dilithioplumbole : A Lead-Bearing Aromatic Cyclopentadienyl Analog2010

    • 著者名/発表者名
      M.Saito, et al.
    • 雑誌名

      Science 328

      ページ: 339-342

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calculations and Electronic Analyses of ^<55>Mn and ^<13>C Nuclear Magnetic Shielding Constants for Mn(CO)_5X (X=H, F, Cl, Br, I, and CH_3) and M(CO)(NH_3)_3 (M=Cr^<2+>, Fe^<2+>, Cu^<+>, and Zn^<2+>)2010

    • 著者名/発表者名
      H.Tanimura, et al.
    • 雑誌名

      Bull.Chem.Soc.Japan (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relativistic and Electron-Correlation Effects on Magnetizabilities Investigated by the Douglas-Kroll-Hess Method and the Second-Order Moller-Plesset Perturbation Theory2009

    • 著者名/発表者名
      T.Yoshizawa, M.Hada
    • 雑誌名

      J.Comp.Chem. 30(15)

      ページ: 2550-2566

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical Role of Extermal Axial Ligands in Chirality Amplification of trans-Cyclo-hexane-1,2-diamine in Salen Complexes2009

    • 著者名/発表者名
      T.Kurahashi, et al.
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc. 131(34)

      ページ: 12394-12405

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Shielding in Carbon Nanotube2009

    • 著者名/発表者名
      N.Miyake, et al.
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 13C NMR Shifts of Iron-bound Cyanide Ions in Heme-Protein Environments2009

    • 著者名/発表者名
      D.Yamaki, M.Hada
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Electron Population Term for <rse^<-3>>4p, <rrs^<-3>>3p, and <ro^<-3>>2p How do HOMO and LUMO Shrink or Spread Depending on Nuclear Charges?2008

    • 著者名/発表者名
      W. Nakanishi et.al.
    • 雑誌名

      Chemistry A European J 14

      ページ: 7278-7284

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Contributions from atomic p(Se), d(Se), and f(Se)Orbitals to Absolute Paramagnetic Shielding Tensors in Neutral and Charged SeHn and Some Oxides, together with the Effect of Methyl and Halogen Substitutions on σ^P (Se)2008

    • 著者名/発表者名
      W. Nakanishi et.al.
    • 雑誌名

      Chemistry A European J. 14

      ページ: 9467-9655

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An ab initio study based on a finite nucleus model for isotope fractionation in the U(III)-U(TV) exchange reaction system2008

    • 著者名/発表者名
      M. Abe et.al.
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 128

      ページ: 1443091-1443096

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An ab initio molecular orbital study of the nuclear volume effects in uranium isotope fractionations2008

    • 著者名/発表者名
      M. Abe et.al.
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys 129

      ページ: 1643091-1643097

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Examination of accuracy of electron-electron Coulomb inter-actions in two-component relativistic methods2008

    • 著者名/発表者名
      J. Seino and M. Hada
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Letters 461

      ページ: 327-331

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relativistic quantum-chemical calculations of magnetizabilities of noble gas atoms using the Douglas-Kroll-Hess method2008

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshizawa and M. Hada
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Letters 458

      ページ: 223-226

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Tridentate Ligand on Structure, Electronic Structure, and Reactivity of Copper(I) Nitrite Complex : Role of Conserved Three-Histidines Ligand Environment of Type-2 Copper Site in Copper Containing Nitrite Reducatse2008

    • 著者名/発表者名
      M. Kujime et.al.
    • 雑誌名

      J. A. C. S. 130(19)

      ページ: 6088-6098

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Natural Orbital Analysis of Difference Density Matrix of Cyanide Fe(III) Porphyrins2008

    • 著者名/発表者名
      D. Yamaki et.al.
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc. 1046

      ページ: 68-71

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation and Circular Dichroism Spectra of (-)-(3aS, 7aS)-2-chalcogena-trans-hvdrindans(Ch=S, Se, Te) : SAC and SAC-CI Calculations2008

    • 著者名/発表者名
      Y Honda et.al.
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem 29

      ページ: 612-621

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Erratum : An ab initio molecular orbital study of the nuclear volume effects in Uranium isotope fractionations [J.Chem.Phys.129,164309,2008]

    • 著者名/発表者名
      M.Abe, et al.
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Expectation values in two-component relativistic theories

    • 著者名/発表者名
      J.Seino, et al.
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic shielding constants calculated by the infinite-order Douglas-Kroll-Hess Method with electron-electron relativistic corrections

    • 著者名/発表者名
      J.Seino, M.Hada
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation and Circular Dichroism Spectra of (+)-(S,S)-bis(2-methylbutyl) chalcogenides

    • 著者名/発表者名
      Y.Honda, et al.
    • 雑誌名

      Molecules (印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relativistic and Electron-Correlation Effects on Magnetizabilities Investigated by the Douglas Kroll Hess Method and the Second-Order Moller-Plesset Perturba-tion Theory

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshizawa and M. Hada
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem (in press)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum-Chemical Calculations of Natural Circular Dichroism

    • 著者名/発表者名
      Y. Honda and M. Hada
    • 雑誌名

      Computing Letters (in press)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Quantum-Chemical Analysis of Paramagnetic 13C NMR Shifts of Iron-bound Cyanide Ions in Heme-Protein Environments2009

    • 著者名/発表者名
      山木大輔、波田雅彦
    • 学会等名
      The 7^<th> International Conference of Computational Methos in Sciences and Engineering
    • 発表場所
      ロードス島(ギリシャ)
    • 年月日
      2009-09-30
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Two-component Relativistic Calculations of Heavy-Element NMR Chemical Shifts by the Second-Order and Infinite-Order Douglas-Kroll Method s2009

    • 著者名/発表者名
      波田雅彦
    • 学会等名
      The 3^<rd> Japan-Czech-Slovak Joint Symposium for Theoretical/Computational Chemistry
    • 発表場所
      ブラティスラバ(スロバキア)
    • 年月日
      2009-09-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Nuclear Volume Effects in Uranium Isotope Fractionation for Molecular systems2009

    • 著者名/発表者名
      M. Abe, et.al.
    • 学会等名
      The International Conference on "Simulations and Dyna-mics for nanoscale and biological systems"
    • 発表場所
      東京大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 2成分型相対論における2電子項の精度検討-無限次FW変換法の拡張-2008

    • 著者名/発表者名
      清野淳司、波田雅彦
    • 学会等名
      第11回理論化学討論会
    • 発表場所
      慶応義塾大学
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Development of Accurate Two-Component Relativistic Methods and Calculations of Magnetic Properties of Molecules containing Heavy-Elements2008

    • 著者名/発表者名
      M. Hada, et.al.
    • 学会等名
      1^<st> CMD International Symposium
    • 発表場所
      Seoul(Korea)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Ab initio Relativistic Calculations of Isotope Fractionation in the U(III)-U(IV) Exchange Reaction2008

    • 著者名/発表者名
      M. Abe, et.al.
    • 学会等名
      Odyssey 2008
    • 発表場所
      Edmonton(Canada)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Studies on Circular Dichroism Spectra of L-Amino Acids2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Honda
    • 学会等名
      WATOC2008
    • 発表場所
      Sydney (Australia)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Natural Orbital Analysis of NMR Chemical Shifts of Cyanide Fe(III) Porphyrins and Cu(I) with Tridentate Ligands2008

    • 著者名/発表者名
      D. Yamaki
    • 学会等名
      WATOC2008
    • 発表場所
      Sydney (Australia)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Ab initio Relativistic Calculations of Isotope Fractionation in the U(III)-U(IV) Exchange Reaction2008

    • 著者名/発表者名
      M. Abe, et.al.
    • 学会等名
      WATOC2008
    • 発表場所
      Sydney (Australia)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Applicability of Two-Component Relativistic Theory Based on the intim-Order Foldv-Wouthuysen Transformation in Many-Electron Systems2008

    • 著者名/発表者名
      J. Seino and M. Hada
    • 学会等名
      WATOC2008
    • 発表場所
      Sydney (Australia)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] An Endeavor at Constructing an Accurate Two-Component Relativistic Method for Heavy and super-Heavy Elements2008

    • 著者名/発表者名
      M. Hada and J. Seino
    • 学会等名
      TACC2008
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 電子相関を考慮した磁気円二色性の研究2008

    • 著者名/発表者名
      本田康、中辻博、波田雅彦
    • 学会等名
      第2回分子科学討論会
    • 発表場所
      福岡国際会議場
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2018-03-28  

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