ナノ構造形成過程の解明に向けた動的モンテカルロ法

• 研究課題/領域番号: 26410013
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: Irle Stephan (IRLE Stephan) 名古屋大学, トランスフォーマティブトランスフォーマティブ生命分子研究所, 教授 (00432336)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: kinetic Monte Carlo / nanostructure formation / extended timescale / molecular dynamics / nanotubes / DFTB/MD / rare events / KMC / 量子化学分子動力学 / 分子動力学 / Monte Carlo

研究成果の概要

GRRMとDFTBをつなぐためのプログラムを完成させた。DFTにくらべDFTB3は1000倍高速なので、Kinetic Monte carloをon-the-flyで組み合わせることができた。
開発したflyKMCは、鉄粒子上での炭素の移動速度に関して、DFTBポテンシャルを用いた別の量子分子動力学と同程度のオーダーでよい一致を示した。

研究成果

• [国際共同研究] Newcastle University(Australia)
• [国際共同研究] Dr. Alister J. Page/Newcastle University/Newcastle, NSW, Australia(Australia)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] A Global Reaction Route Mapping-based Kinetic Monte Carlo Algorithm (2016)
  • 著者名/発表者名: Izaac Mitchel, Stephan Irle, Alister J. Page
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 145 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4954660
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spanning the “Parameter Space” of Chemical Vapor Deposition Graphene Growth with Quantum Chemical Simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: A. J. Page, I. Mitchell, H.-B. Li, M.-G. Jiao, Y. Wang, S. Irle, K. Morokuma
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 26 ページ: 13851-13864
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b02673
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cycloparaphenylene as molecular porous carbon solid with uniform pores exhibiting adsorption-induced softness (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sakamoto, T. Fujimori, X. Li, K. Kaneko, K. Kan, N. Ozaki, Y. Hijikata, S. Irle, K. Itami
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: Just accepted 号: 7 ページ: 4204-4210
  • DOI: 10.1039/c6sc00092d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular dynamical modelling of endohedral fullerenes formation in plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: A. S. Fedorov, E. A. Kovaleva, T. A. Lubkova, Z. I. Popov, A. A. Kuzubov, M. A. Visotin, S. Irle
  • 雑誌名: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 巻: 110 ページ: 012078-012078
  • DOI: 10.1088/1757-899x/110/1/012078
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Implementation of replica-exchange umbrella sampling to DFTB+ simulation package (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ito, S. Irle, Y. Okamoto
  • 雑誌名: Comp. Phys. Commun. 巻: accepted ページ: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.cpc.2016.02.010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Self-assembly of endohedral metallofullerenes: a decisive role of cooling gas and metal–carbon bonding (2016)
  • 著者名/発表者名: Q. Deng, Th. Heine, S. Irle, A. A. Popov
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8(6) 号: 6 ページ: 3796-3808
  • DOI: 10.1039/c5nr08645k
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Diversity in electronic structure and vibrational properties of fullerene isomers correlates with cage curvature (2016)
  • 著者名/発表者名: H. A. Witek, S. Irle
  • 雑誌名: Carbon 巻: 100 ページ: 484-494
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2016.01.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] QM/MD studies on graphene growth from small islands on the Ni(111) surface (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Jiao, W. Song, H.-J. Qian, Y. Wang, Z. Wu, S. Irle, Keiji Morokuma
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8(5) ページ: 3067-3074
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Automatized Parameterization of DFTB using Particle Swarm Optimization (2016)
  • 著者名/発表者名: C.-P. Chou, Y. Nishimura, C.-C. Fan, G. Mazur, S. Irle, H. A. Witek
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput. 巻: 12(1) 号: 1 ページ: 53-64
  • DOI: 10.1021/acs.jctc.5b00673
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Automatized Parameterization of the Density-functional Tight-binding Method. II. Two-center Integrals (2016)
  • 著者名/発表者名: H. A. Witek, C.-P. Chou, G. Mazur, Y. Nishimura, S. Irle, Th. Frauenheim, K. Morokuma
  • 雑誌名: J. Chin. Chem. Soc. 巻: 63(1) 号: 1 ページ: 57-68
  • DOI: 10.1002/jccs.201500066
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Large-Scale Quantum-Mechanical Molecular Dynamics Simulations Using Density-Functional Tight-Binding Combined with the Fragment Molecular Orbital Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishimoto, H. Nakata, D. G. Fedorov, S. Irle
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. Lett. 巻: 6(24) 号: 18 ページ: 5034-5039
  • DOI: 10.1021/jz4015647
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Third-order density-functional tight-binding combined with the fragment molecular orbital method (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishimoto, D. G. Fedorov, S. Irle
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 636 ページ: 90-96
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2015.07.022
  • NAID: 120005674619
• [雑誌論文] Fabrication and Optical Probing of Highly Extended, Ultrathin Graphene Nanoribbons in Carbon Nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: H.E. Lim, Y. Miyata, M. Fujihara, S. Okada, Z. Liu, Arifin, K. Sato, H. Omachi, R. Kitaura, S. Irle, K. Suenaga, H. Shinohara
  • 雑誌名: ACS nano 巻: 未確定 号: 5 ページ: 5034-5040
  • DOI: 10.1021/nn507408m
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Locking Covalent Organic Frameworks with Hydrogen Bonds: General and Remarkable Effects on Crystalline Structure, Physical Properties, and Photochemical Activities (2015)
  • 著者名/発表者名: X. Chen, M. Addicoat, E. Jin, L. Zhai, H. Xu, N. Huang, Z. Guo, L. Liu, S. Irle, D. Jiang
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. (Communication) 巻: 137 号: 9 ページ: 3241-3247
  • DOI: 10.1021/ja509602c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insights into carbon nanotube and graphene formation mechanisms from molecular simulations (2015)
  • 著者名/発表者名: A. J. Page, F. Ding, S. Irle, K. Morokuma
  • 雑誌名: Rep. Prog. Phys. 巻: 78 号: 3 ページ: 036501-036501
  • DOI: 10.1088/0034-4885/78/3/036501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density-Functional Tight-Binding Combined with the Fragment Molecular Orbital Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Nishimoto, Dmitri G. Fedorov, and Stephan Irle
  • 雑誌名: Journal of Chemical Theory and Computation 巻: 10 号: 11 ページ: 4801-4812
  • DOI: 10.1021/ct500489d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct evidence of active and inactive phases of Fe catalyst nanoparticles for carbon nanotube formation (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Mazzucco, Y. Wang, M. Tanase, M. Picher, K. Li, Z. Wu, S. Irle, R. Sharma
  • 雑誌名: J. Catalysis 巻: 319 ページ: 54-60
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2014.07.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum dynamics simulations reveal vibronic effects on the optical properties of [n]cycloparaphenylenes (2014)
  • 著者名/発表者名: V. S. Reddy, C. Camacho, J. Xia, R. Jasti, S. Irle
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput. 巻: 10 号: 9 ページ: 4025-4036
  • DOI: 10.1021/ct500524y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Super-Reduced Polyoxometalates: Excellent Molecular Cluster Battery Components and Semipermeable Molecular Capacitors (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Nishimoto, Daisuke Yokogawa, Hirofumi Yoshikawa, Kunio Awaga, and Stephan Irle
  • 雑誌名: Journal of the American Society 巻: 136 号: 25 ページ: 9042-9052
  • DOI: 10.1021/ja5032369
  • 査読あり
• [学会発表] Molecular Dynamics in Computational Materials Sciences: From the Study of Nanostructure Formation to the Design of Fluorescent Dyes (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Irle
  • 学会等名: Computational Chemistry (CC) symposium, International Conference on Computational Methods in Science and Engineering (ICCMSE) 2016
  • 発表場所: Metropolitan Hotel, Athens, Greece
  • 年月日: 2016-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] A priori prediction of chemical reaction mechanisms in complex systems based on quantum chemical molecular dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Irle
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, HI, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Calculation of Charge Carrier Mobility in Covalent Organic Frameworks (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Irle
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, HI, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Simulations of dynamic C60-Ih self-assembly cut the Gordian Knot: Coexistence of bottom-up and top-down mechanisms (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Irle
  • 学会等名: Molecular Designs for Advance Materials: Workshop and Conference
  • 発表場所: Chiang Mai University, Thailand
  • 年月日: 2015-11-24
  • 招待講演
• [学会発表] Fun with graphenes: Quantum chemical simulations of synthesis and hydrogenation dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Irle
  • 学会等名: Satellite meeting of the 15th International Congress of Quantum Chemistry (ICQC)
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Calculation of Charge Carrier Mobility in Covalent Organic Frameworks (2014)
  • 著者名/発表者名: Stephan Irle
  • 学会等名: XIXth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry, Physics and Biology (QSCP XIX)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-11-11 – 2014-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] CPP fluorescence and seeded SWCNT growth mechanisms probed in quantum chemical simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Stephan Irle
  • 学会等名: Fusion Conference “From Carbon-Rich Molecules to Carbon-Based Materials”
  • 発表場所: El Jadida, Morocco
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Recent developments for the quantum chemical investigation of systems with high structural complexity (2014)
  • 著者名/発表者名: Stephan Irle
  • 学会等名: Satellite Meeting “Japan-Russia Joint Symposium - Chemical Theory for Complex Systems” of the International Conference “Molecular Complexity in Modern Chemistry [MCMC-2014]
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2014-09-13 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Simulations of dynamic C60-Ih self-assembly cut the Gordian Knot: Coexistence of bottom-up and top-down mechanisms (2014)
  • 著者名/発表者名: Stephan Irle
  • 学会等名: 47th Fullerene-Nanotubes-Graphene General Symposium
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] Unusual fluorescence from lanthanide-containing endohedral metallofullerenes and metal carbide fullerenes (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Irle, J. Wang, T. Kowalczyk
  • 学会等名: XI GIRONA SEMINAR on Carbon, Metal, and Carbon-Metal Clusters: From Theory to Applications
  • 発表場所: Girona, Spain
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-03
  • 招待講演
• [備考] Irle Group Webpage
  • URL: http://qc.chem.nagoya-u.ac.jp
• [備考] "Carbon nanotubes grown in combustion flames"
  • URL: http://www.researchsea.com/2015.pdf