金属原子を含む新規XAS計算手法の開発

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K04755
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 高橋 修 広島大学, サステナブル・ディベロップメント実践研究センター, 特任講師 (60253051)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 放射線、X線、粒子線 / 内殻励起 / 化学物理

研究実績の概要

近年放射光利用技術の進歩により，X線領域における分光学が急速に進展した。X線照射後の放出電子や光の吸収，発光による情報は分子の局所構造や反応ダイナミクスを反映する。金属錯体の関与する触媒反応では活性中心にある金属原子が直接関与するため，X線分光法は反応機構の解明のための有力なツールの1つとして注目されている。本研究課題の目標は金属を含む系へのX線分光に対する新規理論計算手法の確立である。今回の申請で注目している分光法はK殻およびL殻励起のX線吸収スペクトル法(XAS)であり，非経験的分子軌道法および密度汎関数法に基づく計算手法を開発する。
初年度はXAS計算手法の開発を行う。K殻XASスペクトル計算手法として，既存のDFTコード”DeMon”にX線スペクトル計算コードを移植する。L殻XASスペクトル計算手法として，分子軌道計算コード”Molpro”を用いた計算手法を開発した。またK殻，L殻XAS計算に対する準備として，励起電子の相対論補正項をLi原子からKr原子まで系統的に算出した。現在これら計算結果をまとめ，論文を執筆中である。

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

初年度はXAS計算手法の開発を行う予定であった。またプログラム開発およびテスト計算を行うため，演算サーバとしてワークステーションを1台設置した。K殻XAS，L殻XAS計算手法両方とも順調に行うことができた。また励起内殻電子の相対論補正項をLi原子からKr原子まで系統的に算出した。現在これら計算結果をまとめ，論文を執筆中である。以上より，実施計画書に記載した計画通り，研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

できるだけ多くの第一遷移金属原子に対し，標準的なスペクトルを測定し，計算との比較を行う。それぞれの金属薄膜を用意し，測定はSPring-8, SAGA-LSのような放射光施設を利用する。得られたスペクトルと計算スペクトルを比較し，計算精度の確認を行うとともに，表面，バルク状態の評価を行う。研究推進を加速するため，既存の演算サーバのメモリ増強を行い，容量の増強を図る。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of Organoiron Catalysis in Kumada-Tamao-Corriu-Type Cross-Coupling Reaction Assisted by Solution-Phase X-ray Absorption Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takaya, S. Nakajima, N. Nakagawa, K. Isozaki, T. Iwamoto, R. Imayoshi, N. J. Gower, L. Adak, T. Hatakeyama, T. Honma, M. Takagaki, Y. Sunada, H. Nagashima, D. Hashizume, O. Takahashi, and M. Nakamura
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Japan 巻: 88 ページ: 410-418
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study of the X-ray natural circular dichroism of some amino acids in crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Takahashi, M. Kimoto, and L. G. M. Pettersson
  • 雑誌名: Chem. Phys. 巻: 450-451 ページ: 109-114
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2015.01.012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mg coordination in biogenic carbonates constrained by theoretical and experimental XANES (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshimura, Y. Tamenori, O. Takahashi, L. T. Nguyen, H. Hasegawa, N. Iwasaki, A. Kuroyanagi, A. Suzuki, and H. Kawahata
  • 雑誌名: Earth. Planet. Sci. Lett. 巻: 421 ページ: 68-74
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2015.03.048
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Covariance maing of two-photon double core hole states in C2H2 and C2H6 produced by an X-ray free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mucke, O. Takahashi, et al
  • 雑誌名: New J. Phys. 巻: 17 ページ: 073002-10
  • DOI: 10.1088/1367-2630/17/7/073002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Substituent electron push-pull interaction in intermolecular resonance-assisted hydrogen bonds: A case of thymine-adenine base pair (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Tabayashi and O. Takahashi
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Japan 巻: 88 ページ: 1466-1478
  • DOI: 10.1246/bcsj.20150113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study for geometry relaxation following core-excitation: H2O, NH3, and CH4 (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Takahashi, N. Kunitake, and S. Takaki
  • 雑誌名: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 巻: 48 ページ: 204001-9
  • DOI: 10.1088/0953-4075/48/20/204001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing chemical environment with molecular double core-hole electron spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Takahashi, N. V. Kryzhevoi, and K. Ueda
  • 雑誌名: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 巻: 204 PartB ページ: 290-302
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2015.08.015
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Core-excitation from excited triplet states of organic molecules: X-ray absorption spectra and doubly excited potential curves (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nagashima, K. Yamamoto, O. Takahashi, and A. Hiraya
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 635 ページ: 112058-1
  • DOI: 10.1088/1742-6596/635/11/112058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Theoretical Study on the Selective Oxygen K-edge Soft X-ray Emission Spectroscopy of Liquid Acetic Acid (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Nishida, K. Kanai, T. Tokushima, Y. Horikawa, and O. Takahashi
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 640 ページ: 55-60
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2015.10.021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Double core-hole states in SiX4 (X= F, Cl, Br, and CH3) molecules derived by photoelectron and KLL Auger spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Puttner, T. Marchenko, R. Guillemin, L. Journel, G. Goldsztejn, J. P. Rueff, D. Ceolin, D. W. Lindle, A. Lago, K. Ueda, O. Takahashi, M. Piancastelli, and M. Simon
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 635 ページ: 112057-1
  • DOI: 10.1088/1742-6596/635/11/112057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Disentangling formation of multiple-core holes in aminophenol molecules exposed to bright X-FEL radiation (2015)
  • 著者名/発表者名: V. Zhaunerchyk, O. Takahashi et al
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 48 ページ: 244003-9
  • DOI: 10.1088/0953-4075/48/24/244003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 液体状態における酢酸，ギ酸メチルの分子間相互作用依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西田尚大, 金井清二, 徳島高, 堀川裕加,高橋修
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. Jpn. 巻: 14 ページ: 60-62
  • DOI: 10.2477/jccj.2015-0026
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 高精度量子化学計算による弱い水素結合の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋修
  • 雑誌名: CBI学会誌 巻: 3 ページ: 17-21
  • 査読あり
• [学会発表] 比較的大きな分子に対する内殻二重正孔分光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋修
  • 学会等名: ２０１５年日本コンピュータ化学会秋季年会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 2015-10-30 – 2015-10-31
• [学会発表] 弱酸水溶液を対象とした軟X線発光分光のpH依存性に対する理論研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西田尚大, 堀川裕加, 徳島高, 高橋修
  • 学会等名: ２０１５年日本コンピュータ化学会秋季年会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 2015-10-30 – 2015-10-31
• [学会発表] XAS and RIXS study of acetic acid and methyl formate in liquid (2015)
  • 著者名/発表者名: 2.N. Nishida, S. Kanai, Y. Horikawa, T. Tokushima, and O. Takahashi
  • 学会等名: 16th international conference on X-ray absorption fine structure
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2015-08-23 – 2015-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] Theoretical Study on Core level spectroscopy with core-hole excited state dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Takahashi
  • 学会等名: 22nd WIEN2k workshop
  • 発表場所: Institute of high performance computing, Singapore
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] 液体状態における酢酸, ギ酸メチルの分子間相互作用依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西田尚大, 金井清二, 徳島高, 堀川裕加, 高橋修
  • 学会等名: 2015年日本コンピュータ化学会春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2015-05-28 – 2015-05-29
• [図書] CH...pi Interaction in Organic Molecules, S. Scheiner (ed.) Noncovalent Forces, Challenges and Advances in Computational Chemistry and Physics 19 (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Takahashi
  • 総ページ数: 22
  • 出版者: Springer