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多参照電子論に基づく状態遷移速度計算法:無輻射失活及びプロトン共役電子移動の解析

研究課題

研究課題/領域番号 21H01881
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

柳井 毅  名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00462200)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード多参照理論 / 失活速度定数 / 密度行列繰込群 / 解析的微分 / 密度行列くりこみ群 / 無輻射死活 / プロトン移動 / 密度行列繰り込み群
研究開始時の研究の概要

本研究では,高精度・高効率な多配置波動関数理論である密度行列繰り込み群(DMRG)法を拡張し,状態遷移を伴う反応過程での励起状態の構造・反応経路探索や状態間結合定数を頼性高く計算するための解析的微分法(エネルギー核座標微分と非断熱結合の計算法)を開発する。多配置的なDMRG理論による高精度なエネルギー曲面や状態間結合定数の情報からフェルミの黄金律の数値計算を行い内部転換や項間交差の速度定数を評価する手法の実装も行う。ホスホールオキシド骨格の蛍光バイオプローブの無輻射失活過程や生物模倣分子モデル分子のPCETのマーカス理論の逆転領域の機構解明を上記レベルの理論計算法を用いて実現する

研究成果の概要

高精度・高効率な多配置波動関数理論である密度行列繰り込み群(DMRG)法を拡張し,状態遷移を伴う反応過程での励起状態の構造・反応経路探索や状態間結合定数を頼性高く計算するための解析的微分法を開発した。高精度なエネルギー曲面や状態間結合定数の情報からフェルミの黄金律の数値計算を行い内部転換や項間交差の速度定数を評価する手法の実装も行った。ホスホールオキシド骨格の蛍光バイオプローブの無輻射失活過程の理論解析や熱活性化遅延蛍光の逆項間交差に関する速度解析シミュレーションを達成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

密度行列繰り込み群(DMRG)の解析的微分法は励起状態の構造・反応経路探索や状態間結合定数を頼性高く計算するのに重要な役割を担う。ホスホールオキシド骨格の無輻射失活過程の理論解析は光耐性高機能蛍光バイオプローブの開発の基盤となると考えられる。熱活性化遅延蛍光の逆項間交差に関する速度解析シミュレーションは次世代型有機EL分子材料の設計に重要な指針を与えるものと考えられる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (29件) (うち国際共著 6件、 査読あり 29件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] QSimulate, inc(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] UiT Norges arktiske universitet(ノルウェー)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Spectral Tuning and Excitation-Energy Transfer by Unique Carotenoids in Diatom Light-Harvesting Antenna2024

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Kazuhiro J.、Seki Takuya、Minoda Takumi、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 146 号: 6 ページ: 3984-3991

    • DOI

      10.1021/jacs.3c12045

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      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extended Theoretical Modeling of Reverse Intersystem Crossing for Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials2024

    • 著者名/発表者名
      Msaya Hagai, Naoto Inai, Takuma Yasuda, Kazuhiro J. Fujimoto, Takeshi Yanai
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 10 号: 5

    • DOI

      10.1126/sciadv.adk3219

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      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In Silico Screening and Experimental Verification of Near‐Infrared‐Emissive Two‐Boron‐Doped Polycyclic Aromatic Hydrocarbons2024

    • 著者名/発表者名
      Hattori Izumi、Hagai Masaya、Ito Masato、Sakai Mika、Narita Hiroki、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Yamaguchi Shigehiro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: なし 号: 22

    • DOI

      10.1002/anie.202403829

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      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Artificial neural network encoding of molecular wavefunctions for quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Hagai Masaya、Sugiyama Mahito、Tsuda Koji、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      Digital Discovery

      巻: - 号: 3 ページ: 634-650

    • DOI

      10.1039/d2dd00093h

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      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Local <i>N</i>-electron valence state perturbation theory using pair-natural orbitals based on localized virtual molecular orbitals2023

    • 著者名/発表者名
      Uemura Kazuma、Saitow Masaaki、Ishimaru Takaki、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 158 号: 15 ページ: 154110-154110

    • DOI

      10.1063/5.0143793

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A quantum chemical study on the anti-SARS-CoV-2 activity of TMPRSS2 inhibitors2023

    • 著者名/発表者名
      Kondo Akihiro、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 25 号: 30 ページ: 20597-20605

    • DOI

      10.1039/d3cp01723k

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      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Insight into the Effect of Phosphorus Oxygenation on Nonradiative Decays: Comparative Analysis of P-Bridged Stilbene Analogs2023

    • 著者名/発表者名
      Inai Naoto、Yamaguchi Shigehiro、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      ACS Physical Chemistry Au

      巻: 3 号: 6 ページ: 540-552

    • DOI

      10.1021/acsphyschemau.3c00038

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      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Algorithm for analytic nuclear energy gradients of state averaged DMRG-CASSCF theory with newly derived coupled-perturbed equations2023

    • 著者名/発表者名
      Iino Tsubasa、Shiozaki Toru、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 158 号: 5 ページ: 054107-054107

    • DOI

      10.1063/5.0130636

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      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Discovery of 2,6-Dihalopurines as Stomata Opening Inhibitors: Implication of an LRX-Mediated H<sup>+</sup>-ATPase Phosphorylation Pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Ueda Ayaka、Aihara Yusuke、Sato Shinya、Kano Keiko、Mishiro-Sato Emi、Kitano Hiroyuki、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Amaike Kazuma、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro
    • 雑誌名

      ACS Chemical Biology

      巻: 18 号: 2 ページ: 347-355

    • DOI

      10.1021/acschembio.2c00771

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      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Machine‐Learning Classification for the Prediction of Catalytic Activity of Organic Photosensitizers in the Nickel(II)‐Salt‐Induced Synthesis of Phenols2023

    • 著者名/発表者名
      Noto Naoki、Yada Akira、Yanai Takeshi、Saito Susumu
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 62 号: 11

    • DOI

      10.1002/anie.202219107

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comment on “Canonical transcorrelated theory with projected Slater-type geminals” [J. Chem. Phys. 136, 084107 (2012)]2023

    • 著者名/発表者名
      Masteran Conner、Kumar Ashutosh、Teke Nakul、Gaudel Bimal、Yanai Takeshi、Valeev Edward F.
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 158 号: 5 ページ: 057101-057101

    • DOI

      10.1063/5.0135257

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Mechanism of Spectral Tuning by Chloride Binding in Monkey Green Sensitive Visual Pigment2023

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Kazuhiro J.、Minowa Fumika、Nishina Michiya、Nakamura Shunta、Ohashi Sayaka、Katayama Kota、Kandori Hideki、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 14 号: 7 ページ: 1784-1793

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.2c03619

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In Silico Analysis and Synthesis of Nafamostat Derivatives and Evaluation of Their Anti-SARS-CoV-2 Activity2022

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Kazuhiro J.、Hobbs Daniel C. F.、Umeda Miki、Nagata Akihiro、Yamaguchi Rie、Sato Yoshitaka、Sato Ayato、Ohmatsu Kohsuke、Ooi Takashi、Yanai Takeshi、Kimura Hiroshi、Murata Takayuki
    • 雑誌名

      Viruses

      巻: 14 号: 2 ページ: 389-389

    • DOI

      10.3390/v14020389

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      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fluorescent Organic π‐Radicals Stabilized with Boron: Featuring a SOMO?LUMO Electronic Transition2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Masato、Shirai Shusuke、Xie Yongfa、Kushida Tomokatsu、Ando Naoki、Soutome Hiroki、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Tabata Kenichi、Miyata Yasuo、Kita Hiroshi、Yamaguchi Shigehiro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 61 号: 25

    • DOI

      10.1002/anie.202201965

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      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 5-Thiaporphyrinium Cation: Effect of Sulphur Incorporation on Excited State Dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Aashi、Inai Naoto、Kang Seongsoo、Hagai Masaya、Lee Seokwon、Yanai Takeshi、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 40 ページ: 5956-5959

    • DOI

      10.1039/d2cc00522k

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stochastic evaluation of four-component relativistic second-order many-body perturbation energies: A potentially quadratic-scaling correlation method2022

    • 著者名/発表者名
      Cruz J. C?sar、Garza Jorge、Yanai Takeshi、Hirata So
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 156 号: 22 ページ: 224102-224102

    • DOI

      10.1063/5.0091973

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Desulfonylative Coupling of Alkylsulfones with <i>gem-</i>Difluoroalkenes by Visible-Light Photoredox Catalysis2022

    • 著者名/発表者名
      Nambo Masakazu、Ghosh Koushik、Yim Jacky C.-H.、Tahara Yasuyo、Inai Naoto、Yanai Takeshi、Crudden Cathleen M.
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 12 号: 15 ページ: 9526-9532

    • DOI

      10.1021/acscatal.2c02233

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A local pair-natural orbital-based complete-active space perturbation theory using orthogonal localized virtual molecular orbitals2022

    • 著者名/発表者名
      Saitow Masaaki、Uemura Kazuma、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 157 号: 8 ページ: 084101-084101

    • DOI

      10.1063/5.0094777

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Machine-Learning- and Knowledge-Based Scoring Functions Incorporating Ligand and Protein Fingerprints2022

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Kazuhiro J.、Minami Shota、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 22 ページ: 19030-19039

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c02822

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      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure?Function Study of a Novel Inhibitor of Cyclin-Dependent Kinase C in Arabidopsis2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Ami N、Maeda Akari E、Takahara Tomoaki T、Matsuo Hiromi、Nishina Michiya、Ono Azusa、Shiratake Katsuhiro、Notaguchi Michitaka、Yanai Takeshi、Kinoshita Toshinori、Ota Eisuke、Fujimoto Kazuhiro J、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 63 号: 11 ページ: 1720-1728

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac127

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      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Determination of FRET Orientation Factor between Artificial Fluorophore and Photosynthetic Light-Harvesting 2 Complex (LH2)2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro J. Fujimoto, Tomoya Miyashita, Takehisa Dewa, Takeshi Yanai
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 12 号: 1 ページ: 15091-15091

    • DOI

      10.1038/s41598-022-19375-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Planarization of a bowl-shaped molecule by triple-decker stacking2022

    • 著者名/発表者名
      Kawashima Hiroyuki、Fukui Norihito、Phung Quan Manh、Yanai Takeshi、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Cell Reports Physical Science

      巻: 3 号: 9 ページ: 101045-101045

    • DOI

      10.1016/j.xcrp.2022.101045

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of Hydrophobic/Hydrophilic Balance on Aggregation Pathways, Morphologies, and Excited-state Dynamics of Amphiphilic Diketopyrrolopyrrole Dyes in Aqueous Media2022

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Fukaya, Soichiro Ogi, Hikaru Sotome, Kazuhiro Fujimoto, Takeshi Yanai, Nils Baumer, Gustavo Fernandez, Hiroshi Miyasaka, Shigehiro Yamaguchi
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 144 号: 49 ページ: 22479-22492

    • DOI

      10.1021/jacs.2c07299

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Substituent and Solvent Effects on the Photoisomerization of Cinnamate Derivatives: An XMS-CASPT2 Study2022

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Atsuro、Inai Naoto、Yanai Takeshi、Okuno Yukihiro
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 126 号: 4 ページ: 497-505

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.1c08504

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermally Stable Array of Discrete C<sub>60</sub>s on a Two-Dimensional Crystalline Adlayer of Macrocycles both in Vacuo and under Ambient Pressure2022

    • 著者名/発表者名
      Kawano Shin-ichiro、Nakaya Masato、Saitow Masaaki、Ishiguro Atsuki、Yanai Takeshi、Onoe Jun、Tanaka Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 号: 15 ページ: 6749-6758

    • DOI

      10.1021/jacs.1c13610

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphorylation of RNA Polymerase II by CDKC;2 Maintains the Arabidopsis Circadian Clock Period2022

    • 著者名/発表者名
      Uehara Takahiro N、Nonoyama Takashi、Taki Kyomi、Kuwata Keiko、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J、Hirota Tsuyoshi、Matsuo Hiromi、Maeda Akari E、Ono Azusa、Takahara Tomoaki T、Tsutsui Hiroki、Suzuki Takamasa、Yanai Takeshi、Kay Steve A、Itami Kenichiro、Kinoshita Toshinori、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 63 号: 4 ページ: 450-462

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac011

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multireference Perturbation Theory Combined with PCM and RISM Solvation Models: A Benchmark Study for Chemical Energetics2021

    • 著者名/発表者名
      Saitow Masaaki、Hori Keisuke、Yoshikawa Ayaka、Shimizu Ryosuke Y.、Yokogawa Daisuke、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 125 号: 37 ページ: 8324-8336

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.1c05944

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral Tuning Mechanism of Photosynthetic Light-Harvesting Complex II Revealed by <i>Ab Initio</i> Dimer Exciton Model2021

    • 著者名/発表者名
      Fujimoto Kazuhiro J.、Minoda Takumi、Yanai Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 号: 37 ページ: 10459-10470

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c04457

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A DMRG/CASPT2 Investigation of Metallocorroles: Quantifying Ligand Noninnocence in Archetypal 3d and 4d Element Derivatives2021

    • 著者名/発表者名
      Phung Quan Manh、Muchammad Yasin、Yanai Takeshi、Ghosh Abhik
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 1 号: 12 ページ: 2303-2314

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00417

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Analytic Nuclear Energy Gradients of State Averaged DMRG-CASSCF Theory2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yanai
    • 学会等名
      17th International Congress of Quantum Chemistry (ICQC)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analytic Nuclear Energy Gradients of State Averaged DMRG-CASSCF Theory2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yanai
    • 学会等名
      5th Conference of Theory and Applications of Computational Chemistry (TACC)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニューラルネットワーク符号化波動関数計算の量子アルゴリズムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      柳井毅
    • 学会等名
      スーパーコンピュータワークショップ2022「複雑電子系の理論・計算科学
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Use of Boltzmann machine quantum state ansatz for molecular wave function solver2022

    • 著者名/発表者名
      柳井毅
    • 学会等名
      World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子化学計算の大規模化・高精度化による挑戦2022

    • 著者名/発表者名
      柳井毅
    • 学会等名
      俯瞰ワークショッフナノテクノロシー材料分野 区分別分科会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Basic things of multiconfigurational wavefunction methods2022

    • 著者名/発表者名
      柳井毅
    • 学会等名
      Virtual Winter School on Computational Chemistry
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニューラルネットワーク波動関数を用いた量子化学計算法2021

    • 著者名/発表者名
      柳井毅
    • 学会等名
      第24回情報論的学習理論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
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      https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2024/04/in-silico.html

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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