固体表面上分子の電子励起状態を取り扱うための密度汎関数法の開発とその応用

• 研究課題/領域番号: 26410030
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 宋 鍾元 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 客員主管研究員 (70612167)
• 研究分担者: 川島 雪生 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (90452739)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: LC-DFT(2Gau） / 固体表面の電子状態 / 吸着エネルギー / 個体の励起状態 / DFT / Order-N化 / リニアスケーリング / バンド計算 / バンドエンジニアリング / PBC / TD-DFT

研究成果の概要

本研究課題では我らが開発してきた長距離補正密度汎関数法（LC-DFT)が分子系と周期系双方の混じった系の電子状態の計算が出来るようにするために、二つのガウス関数を用いてLC-DFT法と同程度の精度でなお且つ加速化された計算が出来るような密度汎関数法［LC-DFT(2Gau)]の開発した。また、LC-DFT(2Gau)法が格子定数だけでなく、吸着エネルギー、表面エネルギーの計算に優れた計算結果を出すことを確認した。
その後、分子系と周期系双方の混じった系の励起電子状態の計算が出来るように、 LC-DFT(2Gau)法をCrystal14に実装した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Torino/Department of Chemistry(Italy)
• [雑誌論文] Facile Supramolecular Processing of Carbon Nanotubes and Polymers for Electromechanical Sensors (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim Chae Bin、Jeong Ki Beom、Yang Beom Joo、Song Jong-Won、Ku Bon-Cheol、Lee Seunghyun、Lee Seoung-Ki、Park Chiyoung
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 129 号: 51 ページ: 16398-16403
  • DOI: 10.1002/ange.201708111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solvent Dependence of Double Proton Transfer in the Formic Acid?Formamidine Complex: Path Integral Molecular Dynamics Investigation (2017)
  • 著者名/発表者名: Kungwan Nawee、Ngaojampa Chanisorn、Ogata Yudai、Kawatsu Tsutomu、Oba Yuki、Kawashima Yukio、Tachikawa Masanori
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 121 号: 39 ページ: 7324-7334
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.7b07010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solvatochromism and Preferential Solvation of Brooker's Merocyanine in Water-Methanol Mixtures (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Tanaka, Yukio Kawashima, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 38 号: 28 ページ: 2411-2419
  • DOI: 10.1002/jcc.24902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation functional in screened-exchange density functional theory procedures (2017)
  • 著者名/発表者名: Chan Bun、Kawashima Yukio、Hirao Kimihiko
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 38 号: 27 ページ: 2307-2315
  • DOI: 10.1002/jcc.24882
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Assessment of Range-separated Functionals in the Presence of Implicit Solvent: Computation of Oxidation Energy, Reduction Energy and Orbital Energy (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Boruah, M. Borpuzari, Y. Kawashima, K. Hirao, R. Kar
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 146 号: 16 ページ: 164102-164102
  • DOI: 10.1063/1.4981529
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Singularity Correction for Long-Range-Corrected Density Functional Theory with Plane-Wave Basis Sets (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawashima, K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 121 ページ: 2035-2045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Best of density-functional-based methods on intermolecular interaction energies (2016)
  • 著者名/発表者名: D. E. Taylor, J. G. Angyan, G. Galli, C. Zhang, F. Gygi, K. Hirao, J. W. Song, K. Rahul, O. A. von Lilienfeld, R. Podeszwa, I. W. Bulik, T. M. Henderson, G. E. Scuseria, J. Toulouse, R. Peverati, D. G. Truhlar, K. Szalewicz
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 145 号: 12 ページ: 124105-124105
  • DOI: 10.1063/1.4961095
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 酢酸－リン酸アニオンクラスターの分子間水素結合における核の量子揺らぎの効果に関する理論的研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawashima, K. Sawada, T. Nakajima, M. Tachikawa
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 15 号: 5 ページ: 203-209
  • DOI: 10.2477/jccj.2016-0043
  • NAID: 130006892715
  • ISSN: 1347-1767, 1347-3824
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Performance of the OP correlation functional in relation to its formulation: Influence of the exchange component and the effect of incorporating same-spin correlations (2016)
  • 著者名/発表者名: Bun Chan, J.-W. Song, Y. Kawashima, and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 37 号: 14 ページ: 1306-1312
  • DOI: 10.1002/jcc.24327
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] From C60 to Infinity: Large-Scale Quantum Chemistry Calculations of the Heats of Formation of Higher Fullerenes (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Chan, Y. Kawashima, M. Katouda, T. Nakajima, K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 138 号: 4 ページ: 1420-1429
  • DOI: 10.1021/jacs.5b12518
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Towards the Complete Range Separation of Non-Hybrid Exchange-Correlation Functional (2015)
  • 著者名/発表者名: B. Chan, J. W. Song, Y. Kawashima, K. Hirao
  • 雑誌名: J. Comp. Chem. 巻: 36 号: 12 ページ: 871-877
  • DOI: 10.1002/jcc.23867
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecules relevant for organic photovoltaics: a range-separated density functional study (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Kar, M. P. Borpuzari, J.-W. Song, and K. Hirao
  • 雑誌名: Molecular Physics 巻: 113 号: 19-20 ページ: 2930-2938
  • DOI: 10.1080/00268976.2015.1059512
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Long-range corrected density functional theory with accelerated Hartree-Fock exchange integration using a two-Gaussian operator LC-omega PBE(2Gau) (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 143 号: 14 ページ: 144112-144112
  • DOI: 10.1063/1.4932687
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient method of evaluation for Gaussian Hartree-Fock exchange operator for Gau-PBE functional (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 143 号: 2 ページ: 024102-024102
  • DOI: 10.1063/1.4923264
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Assessment of hybrid, meta-hybrid-GGA, and long-range corrected density functionals for the estimation of enthalpies of formation, barrier heights, and ionisation potentials of selected C1-C5 oxygenates (2015)
  • 著者名/発表者名: A. M. El-Nahas, J. M. Simmie, A. H. Mangood, K. Hirao, J.-W. Song, M. A. Watson, T. Taketsugu, and N. Koga
  • 雑誌名: Molecular Physics 巻: 113 号: 13-14 ページ: 1630-1635
  • DOI: 10.1080/00268976.2014.1002552
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theoretical vibrational spectra of OH-(H2O)2: Effect of quantum distribution and vibrational coupling (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogata, Y. Kawashima, K. Takahashi, and M. Tachikawa
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 38 ページ: 25505-25515
  • DOI: 10.1039/c5cp03632a
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical study on the stability of double-decker type metal phthalocyanines, M(Pc)2 and M(Pc)2+ (M = Ti, Sn and Sc): critical assessment on the performance of density functionals (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sumimoto, Y. Kawashima, K. Hori, H. Fujimoto
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 9 ページ: 6478-6483
  • DOI: 10.1039/c4cp05645k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-range Corrected Density Functional Theory with Linearly-Scaled HF exchange (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song and K. Hirao
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1702 ページ: 090062-090062
  • DOI: 10.1063/1.4938870
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecules relevant for Organic Photovoltaics: A Range Separated Density Functional Study (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Kar, M. P. Borpuzari, J.-W. Song, and K. Hirao
  • 雑誌名: Molecular Physics 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Long-range Corrected Density Functional Theory with Linearly-Scaled HF exchange (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song, M. A. Watson, and K. Hirao
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 印刷中
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] Development of DFT functional applicable to large molecular and periodic systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Jong-Won Song
  • 学会等名: 120st General Meeting of the Korean Chemical Society
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Chemical Investigations of Intermolecular Binidng Energy between Carbon Nano-tube and Aromatic Molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Dae-Hwan Ahn and Jong-Won Song
  • 学会等名: 120st General Meeting of the Korean Chemical Society
• [学会発表] Density Functional study on metal Ion Selectivity of Thiophene Derivative Compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: Jin-Jae Lee, Seung Hyun Chang and Jong-Won Song
  • 学会等名: 120st General Meeting of the Korean Chemical Society
• [学会発表] Investigation of Reaction Paths for the Isomerization Reaction of A Solvaochromic Mercyanine Dye (2017)
  • 著者名/発表者名: Chun-Jae You, Jin-Jae Lee, Tae-Jong Kang and Jong-Won Song
  • 学会等名: Daegu-Saga-Soochow University International Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Inside or Outside?: Quantum Chemical Studies on Intermolecular Binding Energy between Carbon Nano-tube and Aromatic Molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Dae-Hwan Ahn and Jong-Won Song
  • 学会等名: Daegu-Saga-Soochow University International Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Theory: A New partitioning scheme to model dispersion coefficients. Application: Study of thermochromic properties of PDAs via TD-DFT. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ucak V. Umit and Jong-Won Song
  • 学会等名: Daegu-Saga-Soochow University International Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 周期境界条件を課した長距離補正密度汎関数法の計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生、平尾公彦
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会2017仙台
• [学会発表] Toward path integral molecular dynamics simulation of biomolecules”, (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生
  • 学会等名: 3rd Japan-Thai workshop on Theoretical and Computational Chemistry
  • 招待講演
• [学会発表] 長距離補正密度汎関数法を用いた結晶系の電子状態計算へ向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生
  • 学会等名: 第65回量子物理化学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] HPC を用いた電子状態計算に基づく分子動力学シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生
  • 学会等名: 第1回近畿大学生物理工学部HPC シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] NTChemを用いたab initio分子動力学シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生
  • 学会等名: 第8回NTChemワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Toward path integral molecular dynamics simulation of biomolecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawashima
  • 学会等名: 2nd Japan-Thai workshop on Theoretical and Computational Chemistry 2016
  • 発表場所: Yokohama City University in Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2016-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] 長距離補正密度汎関数法を用いた結晶系の計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生、平尾公彦
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会2016神戸
  • 発表場所: 神戸ファッションマート(兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] NTChemとスパコンを用いた大規模フラーレン分子の高精度計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生
  • 学会等名: 第5回NTChemワークショップ
  • 発表場所: 秋葉原UDX（東京都千代田区）
  • 年月日: 2016-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Ab initio quantum chemical computational study on metal ion selectivity of thiophene derivative compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Tae Hwan Kim, Seung Hyun Chang and Jong-Won Song
  • 学会等名: Conference of Korean Society for Imaging Science and Technology
  • 発表場所: Bukyung Unv. in Busan, Korea
• [学会発表] Adsorption energy calculations using long-range corrected density functional theory between CO and metal system (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song, H. Kawai, K. Yamashita, and K. Hirao
  • 学会等名: 第９回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都大田区)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 長距離補正密度汎関数法の高速化アルゴリズムの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川島雪生、平尾公彦
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都大田区)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] MPc2およびMPc2+(M=Ti, Nb)の分子物性に関する理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 隅本倫徳、濱本信次、川島雪生、堀憲次、藤本斉
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都大田区)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] ガウス関数を用いた長距離補正密度汎関数法の加速化 (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song and K. Hirao
  • 学会等名: 第18回理論化学討論会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] Long-range Corrected Density Functional Theory with Linearly-Scaled HF exchange (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song and K. Hirao
  • 学会等名: ICCMSE (2015)
  • 発表場所: Metropolitan Hotel, Athens, GREECE
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Development of DFT functional applicable to large molecular and periodic systems (2015)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song
  • 学会等名: CJK-WTCC-II conference (2015)
  • 発表場所: RIKEN AICS, Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient evaluation of short-range Gaussian attenuation Hartree-Fock exchange for periodic systems and large molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song, M. A. Watson, and K. Hirao
  • 学会等名: Molecular Electronic Structure (2014)
  • 発表場所: Amasya University, Amasya, TURKEY
  • 年月日: 2014-09-03
• [学会発表] 長距離補正密度汎関数法による分子内電荷移動励起と分子間電荷移動励起の違いの解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: J.-W. Song and K. Hirao
  • 学会等名: 第17回理論化学討論会
  • 発表場所: 名古屋大学、名古屋、日本
  • 年月日: 2014-05-23