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2016 年度 実績報告書

フラグメント分子軌道法と密度汎関数強束縛法を用いた理論開発とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H06316
研究機関京都大学

研究代表者

西本 佳央  京都大学, 福井謙一記念研究センター, 助教 (20756811)

研究期間 (年度) 2015-08-28 – 2017-03-31
キーワード計算化学 / 量子化学
研究実績の概要

本研究では、フラグメント分子軌道法(FMO)法と密度汎関数強束縛(DFTB)法を組み合わせた、FMO-DFTB法と呼ばれる手法を用いる。この手法は非常に高速な計算手法であることがわかっているが、現状では信頼できる分子動力学シミュレーションを行うことができない点と、系によっては計算がうまくいかないという問題点がある。これらの問題は前年度にpolarizable continuum model (PCM)法を呼ばれる、溶媒効果を取り入れるためによく用いられる手法をFMO-DFTB法と組み合わせ、FMO-DFTB/PCM法を導出・実装することで解決し、誌上発表を行った。
今年度は、研究実施計画の通り、高次の多体効果を取り入れる手法の開発を行った。従来のFMO-DFTB法は、二つのフラグメント間の相互作用までを取り入れたFMO2-DFTBと呼ばれる計算レベルであったが、三つのフラグメント間の相互作用までを取り入れたFMO3-DFTBを可能にし、精度が向上することを確認した。また、分子動力学シミュレーションを行い、ナトリウムカチオン周りの水分子の数を理論的に予測し、他の計算手法で得られる値と良い一致を示すことがわかり、有用な手法であることを示すことができた。
また、FMO-DFTB法を用いて解析的二次微分の計算を可能にした。これにより、10,000原子程度の系の赤外分光スペクトルや調和振動子近似を用いた場合のエントロピー項を、短時間で計算することが可能になった。これらの理論開発により、今後のFMO-DFTB法を用いた応用計算に向けた準備が整ってきていると言える。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Quantum chemical prediction of vibrational specta of large molecular systems with radical or metallic electronic structure2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto and Stephan Irle
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 667 ページ: 317-321

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.11.014

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Three-Body Expansion of the Fragment Molecular Orbital Method Combined with Density-Functional Tight-Binding2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto and Dmitri G. Fedorov
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 146 ページ: 084101

    • DOI

      10.1002/jcc.24693

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analytic hyperpolarizability and polarizability derivative with fractional occupation numbers for large extended systems2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 146 ページ: 084101

    • DOI

      10.1063/1.4976551

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The fragment molecular orbital method combined with density-functional tight-binding and the polarizable continuum model2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshio Nishimoto and Dmitri G. Fedorov
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 18 ページ: 22047-22061

    • DOI

      10.1039/c6cp02186g

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analytic second derivative of the energy for density-functional tight-binding with the fragment molecular orbital method2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Nakata, Yoshio Nishimoto, and Dmitri G. Fedorov
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 145 ページ: 044113

    • DOI

      10.1063/1.4959231

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 小数軌道占有数を用いた二次微分計算2017

    • 著者名/発表者名
      西本佳央、イレステファン
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県)
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [学会発表] FMO法とDFTB法とPCM法の組み合わせ(FMO-DFTB/PCM)2016

    • 著者名/発表者名
      西本佳央、フェドロフドミトリ
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-15

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公開日: 2018-01-16  

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