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カイラル分子中の電子カイラリティとニュートリノ相互作用によるホモカイラリティ発生

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 21H00072
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

瀬波 大土  京都大学, 工学研究科, 講師 (40431770)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード電子カイラリティ / 鏡像異性体 / PVED / ECCM / ホモカイラリティ / カイラリティ / パリティの破れ
研究開始時の研究の概要

地球に存在するアミノ酸等の生体分子の鏡像異性体の組の間の偏りであるホモカイラリティがなぜ生じたかは未解明の謎である。
近年、鏡像異性体分子の組の中の電子は性質が異なることが明らかとなり、ニュートリノとの反応に差があることが分かった。鏡像異性体分子中の電子がニュートリノと衝突し片方の鏡像異性体だけ少し多く壊れる可能性がある。この反応がホモカイラリティの起源にどのような影響を与えるか研究する。

研究実績の概要

鏡像異性体分子の持つ電子カイラリティの値(分子全体に対して電子カイラリティ密度を積分した値)と鏡像異性体分子間のエネルギー差が、鏡像異性体分子の電子励起により著しく増大することを示した。
鏡像異性体分子間のエネルギー差については、前年度の研究でH2X2 (X=O, S, Se, Te)の基底状態構造について示していたが、この増大が2面角に応じてどのように変わるかを調べ、特定の角度で増大が起こることを明らかにした。この増大の中で特に第一励起状態についてはCancellation breaking enhancementと名付けた機構により増大していることを論じた。また、CHFClBr, CHFBrI, CHFClIの分子においてもこの電子励起による鏡像異性体分子間のエネルギー差の増大が起こることを示した。これらの分子に対しても第一励起状態での増大機構はCancellation breaking enhancementによって説明されることが確認された。
鏡像異性体分子の持つ電子カイラリティの値についても、H2X2 (X= S, Se, Te)について2面角に応じて値がどのように変わるか調べ、鏡像異性体分子間のエネルギー差とは異なりほとんどの角度で非常に大きな増大を示していることを明らかとした。X元素が酸素である場合は、本研究グループの先行研究により、スピン軌道相互作用の小ささのために非常に大きな基底関数を用いた巨大計算が必要であり本研究対象からは除外した。そして、この第一励起状態における増大機構は Cancellation breaking enhancement によるものであることを論じた。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Enhancement of the parity-violating energy difference of H2X2 molecules by electronic excitation2022

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Naoya、Oho Takumi、Senami Masato、Sunaga Ayaki
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 105 号: 1 ページ: 012820-012820

    • DOI

      10.1103/physreva.105.012820

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 相対論的EOM-CC法を用いたCHFClBr分子の電子励起状態計算: パリティを破る鏡像異性体間エネルギー差の増大2023

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      スーパーコンピュータワークショップ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] CHFClBr 分子におけるパリティを破る鏡像異性体間エネルギー差の電子励起による増大2023

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      第18回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 電子励起による鏡像異性体分子中の電子カイラリティの増大2023

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of the parity-violating energy difference in electronic excited states of chiral molecules2022

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kuroda
    • 学会等名
      The 8th Quantum Science symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering 2022 - Computational Chemistry and Computational Physics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron chirality in chiral molecule and homochirality in nature2022

    • 著者名/発表者名
      瀬波 大土
    • 学会等名
      計算アストロバイオロジー2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 鏡像異性体間エネルギー差の電子励起による増大-カイラル分子の構造に対する依存性2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      第24回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 最低空軌道を用いた局所化学ポテンシャルの近似手法2022

    • 著者名/発表者名
      田中 海斗
    • 学会等名
      第24回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of the parity-violating energy difference of chiral molecules by electronic excitation2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      RCNP研究会 「中性子と原子で探る基礎物理」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] CHFClBr分子におけるパリティ破れに起因した鏡像異性体間エネルギー差の電子励起による増大2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] CHFClBr分子の電子励起状態における鏡像異性体間エネルギー差増大効果の相対論的EOM-CC法による発見2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      第16回 分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 最低空軌道を用いた局所化学ポテンシャルの近似手法2022

    • 著者名/発表者名
      田中 海斗
    • 学会等名
      第16回 分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of the parity-violating energy difference of chiral molecules by breaking the cancellation among orbitals due to electron excitation2022

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kuroda
    • 学会等名
      The 14th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 電子EDMの探索を目指した多原子極性分子における時間・空間反転対称性破れの解析2022

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Electron chirality in chiral molecules and chirality induced spin selectivity2021

    • 著者名/発表者名
      Masato Senami
    • 学会等名
      The 7th Quantum Science (QS) symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2021
    • 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] Parity-violating energy difference in chiral molecules enhanced by electronic excitation2021

    • 著者名/発表者名
      Ayaki Sunaga
    • 学会等名
      The 7th Quantum Science (QS) symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2021
    • 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] Understanding of T, P violating interaction parameters in polyatomic polar molecules2021

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kuroda
    • 学会等名
      The 7th Quantum Science (QS) symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of Parity-Violating energy difference of H2X2 molecules by electronic excitation2021

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kuroda
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study on the spin-dependent component of the electron tension density in electrical conduction phenomena2021

    • 著者名/発表者名
      Yukihiro Yoshida
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 極性多原子分子における時間・空間反転対称性破れのエネルギーシフトの解析2021

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 電気伝導現象における電子テンション密度のスピン依存成分に関する理論的研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 如寛
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 極性多原子分子における時間・空間反転対称性破れのエネルギーシフトの相対論的量子化学計算による評価2021

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      日本コンピューター化学会 2021年春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 相対論的EOM-CC法を用いた鏡像異性体間のエネルギー差の計算: 電子励起による特異的増大2021

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      第15回 分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 電気伝導現象におけるスピン分極と電子テンション密度の関係2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 如寛
    • 学会等名
      第15回 分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 非平衡グリーン関数法を用いた電気伝導計算におけるカイラル誘起スピン選択性とツェータ力の関係2021

    • 著者名/発表者名
      島田 隆史
    • 学会等名
      第15回 分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 電子励起による鏡像異性体間エネルギー差の増大-相対論的EOM-CC法による評価-2021

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      日本コンピューター化学会 2021年秋季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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