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2018 年度 実施状況報告書

大規模複雑電子構造系の遷移状態・電子励起状態計算法の確立と生体反応への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K05738
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 正人  北海道大学, 理学研究院, 講師 (40514469)

研究分担者 赤間 知子  北海道大学, 理学研究院, 特任助教 (60580149)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード理論化学 / 量子化学 / 静的電子相関 / 大規模系計算 / エネルギー勾配法 / 複雑電子状態系 / 遷移状態
研究実績の概要

本研究では、大規模計算法の分割統治(DC)法と複雑系電子状態計算法のHartree-Fock-Bogoliubov (HFB)法を土台として、大規模で複雑な電子構造を持つ系の遷移状態探索や電子励起状態を取り扱うための量子化学理論の確立を目的としている。
本年度は、昨年度着手したDC-MP2電子相関計算に対するバッファ領域の自動決定法の開発を行った。電子相関は、電子状態の高精度な記述に欠かせないものである。また、バッファ領域はDC法の精度を決める重要なパラメータであるが、これまでは精度が適切な範囲となるように経験的に決められていた。昨年度、電子相関を含まない一電子近似の範囲で、これを自動的に決定する方法を確立したが、一電子近似計算は反復的な計算であり、徐々にバッファ領域を調節することが可能であった。しかし、MP2計算は一回で終わる計算であるため、計算中の調整ができないという難点がある。本研究では、Laplace変換MP2法というDC法とは異なるMP2計算の効率的計算法の表式にヒントを得て、一電子近似計算で決めたバッファ領域の各原子からのエネルギー寄与を概算し、適切なバッファ領域を決めるスキームを開発した。これについては、現在論文を執筆中である。本手法のエネルギー勾配(遷移状態構造最適化などに必要)は、以前代表者が開発したDC-MP2エネルギー勾配を直接用いることが可能であり、これを利用して昨年度達成した反応経路自動探索法との接続も可能である。また、現在、エネルギー勾配計算に対して適切なバッファ領域を自動決定する方法も検討している。
一方、分担研究者の産休のため遅れていた電子励起状態を取り扱うための時間依存HFB (TD-HFB)法の検討を開始した。現在、理論の精査を進めており、プログラム開発にも着手する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究分担者の赤間が平成29年10月~3月の間産休となったため、担当項目となっている時間依存理論に関する研究の進展に遅れがあるが、そのほかは順調かあるいは予定よりも早く研究が進んでいる。

今後の研究の推進方策

複雑電子状態の基底状態計算に関する研究は順調に進んでおり、当初の研究計画に沿って進めていく。一方、時間依存理論に基づく励起状態の手法開発の進捗の遅れは未だ解消していない。次年度は、代表者の小林もこちらの研究にリソースを割いて取り組む予定である。

次年度使用額が生じた理由

産休を取得した分担研究者が予定していた学会発表出張を取りやめたことなどにより、執行額が減少している。発表を次年度以降にずらして執行するほか、論文出版の費用として次年度利用することを計画している。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Dispersion Interaction and Crystal Packing Realize an Ultralong C-C Single Bond: A Theoretical Study on Dispirobis(10-methylacridan) Derivatives2019

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Yusuke、Kobayashi Masato、Taketsugu Tetsuya
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 48 ページ: 137~139

    • DOI

      10.1246/cl.180864

    • 査読あり
  • [学会発表] Automatic error control scheme for the divide-and-conquer electronic structure calculation2018

    • 著者名/発表者名
      Toshikazu Fujimori, Masato Kobayashi, Tetsuya Taketsugu
    • 学会等名
      16th International Congress of Quantum Chemistry (ICQC)
    • 国際学会
  • [学会発表] 7配位希土類錯体の構造・発光に関する理論的研究2018

    • 著者名/発表者名
      赤間 知子・小林 正人・柳澤 慧・北川 裕一・中西 貴之・長谷川 靖哉・武次 徹也
    • 学会等名
      第30回配位化合物の光化学討論会
  • [学会発表] 分割統治電子相関計算に対する誤差の自動制御化2018

    • 著者名/発表者名
      藤森 俊和・小林 正人・武次 徹也
    • 学会等名
      シンポジウム「化学反応経路探索のニューフロンティア2018」
  • [学会発表] 大規模系の量子化学計算とデータ科学を利用した量子化学計算結果の解析・触媒への応用2018

    • 著者名/発表者名
      小林 正人
    • 学会等名
      分子科学研究所講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Calculation, Analysis, and Prediction for Catalyst and Surface Adsorption Systems with Informatics Techniques and Automated Reaction Path Search2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Kobayashi
    • 学会等名
      2nd International Workshop on Phase Interfaces Science for Highly Efficient Energy Utilization
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分割統治型MP2計算における誤差自動制御スキームの開発2018

    • 著者名/発表者名
      藤森 俊和・小林 正人・武次 徹也
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
  • [学会発表] 分割統治MP2計算における相関バッファ領域の自動決定2018

    • 著者名/発表者名
      藤森 俊和・小林 正人・武次 徹也
    • 学会等名
      第21回理論化学討論会

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公開日: 2019-12-27  

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