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励起状態間遷移を取り扱える時間依存密度汎関数法

研究課題

研究課題/領域番号 20350002
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関独立行政法人理化学研究所 (2009-2010)
東京大学 (2008)

研究代表者

常田 貴夫  独立行政法人理化学研究所, 研究員 (20312994)

研究期間 (年度) 2008 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
2010年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2009年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2008年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
キーワード時間依存密度汎関数法 / 電子状態間相互作用 / 非断熱相互作用 / 多配置密度汎関数法 / ポテンシャルエネルギー曲面 / 光化学反応 / 酸化チタン光触媒反応 / アルカンのisodesmic分解反応 / 内部転換 / 状態交差 / 無放射遷移 / 大規模分子計算
研究概要

本研究では、時間依存密度汎関数法(TDDFT)に電子状態間相互作用および非断熱相互作用の効果を導入し、大規模分子の非断熱遷移(内部転換)を含む光化学反応再現を初めて可能にすることを目的としている。本年度の研究実施計画として、TDDFTにもとづく非断熱相互作用計算法の開発と、状態間相互作用を取り込んだ多配置DFTの開発を挙げていた。本年度は、この計画に基づいて研究を遂行した結果、これらの計算法の開発に成功した。TDDFTにもとづく非断熱相互作用計算法についてはこれまでも開発されてきたが、すべて電子状態の変化のみを考慮に入れており、分子軌道の変化を考慮に入れていなかった。しかし、化学において、非断熱相互作用における分子軌道の変化の効果は、電子状態変化の効果と同等であることが分かっている。本年度は、この非断熱相互作用法の定式を導出し、プログラム開発を行なっている。現在、プログラム開発の最終段階である。また、状態間相互作用を取り込んだ多配置DFTについては、特定の励起配置を取り込むことで電子相関のダブルカウンティングを回避した方法を開発した。定式化とプログラム開発を終え、試行計算を行なった。その結果、単配置DFTの双極子モーメントの結果を改善することが分かった。しかし、解離エネルギーを過大評価し、定量的なポテンシャル曲面を描けないことも分かった。これは軌道回転の効果の無視が原因である。この問題を解決するため、この方法への自己無撞着(SCF)法の導入を行なっている。
さらに、光化学反応計算に向けた多様な応用計算も行なっている。例えば、酸化チタン光触媒計算では、吸着分子→酸化チタンへの1電子移動による直接酸化を先駆とし、生成したカチオンラジカルの燃焼反応で光触媒反応が進行することを初めて明らかにした。他にも、アルカンのisodesmic分解反応におけるDFTの問題の解決などにも成功した。

報告書

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

    (17件)

すべて 2010 2009 2008 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Theoretical Investigations on How to Reproduce d-π Bonds : Transition Metal-cation Benzene Complex Calculations2009

    • 著者名/発表者名
      T.Tsuneda, T.Hirosawa, Y.Nakatsuka, K.Hirao
    • 雑誌名

      Bulletin of Chemical Society of Japan 82

      ページ: 1367-1371

    • NAID

      10027170058

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The structure of monomeric and dimeric uranyl adsorption complexes on gibbsite : A combined DFT and EXAFS study2009

    • 著者名/発表者名
      T.Hattori, T.Saito, K.Ishida, A.C.Scheinost, T.Tsuneda, S.Nagasaki, S.Tanaka
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta 73

      ページ: 5975-5988

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A modified regional self-interaction correction scheme for core excitation energy calculations2009

    • 著者名/発表者名
      A.Nakata, T.Tsuneda, K.Hirao
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry 30

      ページ: 2583-2593

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Water cluster anions studied by the long-range corrected density functional theory2008

    • 著者名/発表者名
      K. Yagi, Y. Okano, T. Sato, Y. Kawashima, T. Tsuneda, K. Hirao
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A 112

      ページ: 9845-9853

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectroscopic Tracking of Structural Evolution in Ultrafast Photoisomerization2008

    • 著者名/発表者名
      S. Takeuchi, S. Ruhman, T. Tsuneda, M. Chiba, T. Taketsugu, T Tohom
    • 雑誌名

      Science 322

      ページ: 1073-1077

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A modified regional self-interaction correction scheme for core excitation energy calculations2008

    • 著者名/発表者名
      A. Nakata, T. Tsuneda, K. Hirao,
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry (in press)(印刷中)(掲載確定)

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modified regional self-interaction correction scheme based on pseudospectral method

    • 著者名/発表者名
      A.Nakata, T.Tsuneda, K.Hirao
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A (In press)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calculations of Alkane Energies Using Long-range Corrected DFT Combined with Intramolecular van der Waals Correlation

    • 著者名/発表者名
      J.Song, T.Tsuneda, T.Sato, K.Hirao
    • 雑誌名

      Organic Letters (In press)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-range corrected density functional theory study on static second hyperpolarizabilities of singlet diradical systems

    • 著者名/発表者名
      R.Kishi, S.Bonness, K.Yoneda, M.Nakano, E.Botek, B.Champagne, T.Kubo, K.Kamada, K.Ohta, T.Tsuneda
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics (In press)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] DFT計算における長距離交換補正の必然性2010

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫
    • 学会等名
      「実在系の分子理論」成果報告会
    • 発表場所
      東京大学ルヴェソンヴェール駒場, 東京
    • 年月日
      2010-03-06
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Long-range exchange interactions of metal electrons2010

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫
    • 学会等名
      The International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • 発表場所
      Fukui Institute of Computational Chemistry, Kyoto Univ., Kyoto
    • 年月日
      2010-01-07
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] A Multiconfigurational Density Functional Theory2009

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫
    • 学会等名
      Seventh International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering(ICCMSE 2009)
    • 発表場所
      Rodos Palace Hotel, Rodos, Greek
    • 年月日
      2009-09-30
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Recent Applications of Long-range Corrected Time-Dependent Density Functional Theory2009

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫
    • 学会等名
      The 3rd Japan-Czech-Slovak Joint Symposium for Theoretical/Computational Chemistry
    • 発表場所
      Comenius University, Bratislava, Slovakia
    • 年月日
      2009-09-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] DFTの最新の動向と展望2009

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫
    • 学会等名
      「実在系の分子理論」研究交流会
    • 発表場所
      金沢文化ホール, 金沢
    • 年月日
      2009-09-04
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Time-Dependent Density Functional Theory Calculations of Photochemistry2009

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫
    • 学会等名
      RIKEN special seminar
    • 発表場所
      RIKEN, Wako
    • 年月日
      2009-08-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 多配置密度汎関数理論のための補正法の開発2009

    • 著者名/発表者名
      常田貴夫、千葉真人、中野晴之
    • 学会等名
      「実在系の分子理論」研究交流会
    • 発表場所
      東京大学武田先端知ビル, 東京
    • 年月日
      2009-05-30
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Long-range corrected density functional theory and its progress2008

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuneda
    • 学会等名
      Gordon Research Conference: Computational Chemistry
    • 発表場所
      Mount Holyoke College, Boston, USA
    • 年月日
      2008-07-29
    • 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: 2016-04-21  

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