| 研究課題/領域番号 |
12J07987
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
清野 淳司 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員PD
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| キーワード | 相対論的量子化学 / 大規模分子理論 / 解析的微分法 / 分割統治法 / 局所ユニタリー変換 / 内殻固定ポテンシャル法 |
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| 研究概要 |
本年度は昨年度までに開発してきたあらゆる分子系で正しく電子の挙動を表現できる理論を、より幅広い分子系に適用でき、かつ様々な分子物性計算が可能となるように更なる拡張を行った。以下に具体的な研究内容を示す。
1. 高精度相対論的電子状態論の大規模分子系への適用 ; 昨年度までに開発した、高効率・高精度に相対論的ハミルトニアンを与える、「無限次Douglas-Kroll-Hess (IODKH)法を基盤にした局所ユニタリー変換(LUT)法」を用いて、従来の高精度相対論的電子状態理論では計算が困難であった大規模分子系trans, trans-{(ρ-CH_3C_6H_4)_3P}_2(C_6H_5)Pt (C≡C)_4Pt (C_6H_5){(ρ-CH_3C_6H_4)_3P}_2のエネルギー計算を行い、高精度な相対論効果を記述した最大規模の計算を実現した。
2. 内殻固定ポテンシャル法の提案 : 金属クラスターのような重元素を密に含んだ化合物に対する計算を行う際、重元素周辺の領域に含まれる電子数の多さから、大規模分子系計算手法を用いても計算自体が困難になる。本手法ではこれまで提案されてきたモデルポテンシャル法の中でも最も高精度な相対論的ハミルトニアンの導入を可能にし、計算精度を落とすことなく重元素化合物計算における大幅な高速化を実現した。
3. あらゆる分子物性計算の基盤となる解析的微分法の確立と構造最適化計算への適用 : 重元素化合物の分子物性・分子構造の決定に不可欠となる解析的微分法の確立を行った。本研究で開発してきたLUT-IODKHハミルトニアンを用いることで、通常では非常に複雑となる計算が簡略化されると同時に、実際の計算に要する時間も大幅に短縮されることが確認された。実際に構造最適化計算において、非相対論と同様の計算時間で、参照計算となる4成分Dirac法と同等の精度を与えることが確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度までの手法が実際に大規模分子系に適用可能であることを示すと同時に、更なる計算可能な系を拡大するために内殻固定ポテンシャル法という新たな手法を開発した。また、量子化学的手法を用いて元素戦略を行うためには、種々の分子物性・分子構造の決定が不可欠であるが、その基盤理論が完成し、実際に適用できることも確かめた。このように理論基盤が着々と完成しつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度までに理論開発基盤はほぼ完成され、実際に大規模分子系を計算できることが確認された。理論開発において残りは、概要2.を1.と連結させることで現実系に近い金属クラスターなどの計算を実現すること、また、1.と2.の計算においてスピン―軌道相互作用のようなスピンに依存した相対論効果を含んでおらず、化学で重要となるすべての相対論効果を含んだ計算手法を構築することが、取り残されている。また、現在は解析的微分法の適用は構造最適化計算のみであるが、反応エンタルピーなどの化学反応、赤外・ラマンスペクトルなどの分子物性の計算も可能なように拡張することで、種々の化学現象を高い予言能で与える手法にする。
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