高速化量子ダイナミックス理論の開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18066016
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 中井 浩巳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00243056)
• 連携研究者: 今村 穣 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (60454063) ; 小林 正人 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (40514469) ; 佐藤 健 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (30507091) ; 菊地 那明 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (00434283) ; 渥美 照夫 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (30514210)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 核 / 電子軌道理論 / 非経験的分子動力学法 / 分割統治電子相関法 / エネルギー密度解析 / 局所応答分散力法 / 凍結軌道解析

研究概要

本研究では,AIMD計算のボトルネックである電子状態理論計算の高速化,大規模化を目指した理論開発を行った。また,原子核の量子効果を考慮したダイナミックスについては,核・電子軌道(NOMO)法を発展させることにより研究を進めた。さらに実在系に対する様々な応用計算のため,エネルギー密度解析(EDA)を発展させ,計算結果の効果的な解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Time-dependent Hartree-Fock frequencydependent polarizability calculation applied to divide-and-conquer electronic structure method (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Touma, M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 485(1-3) ページ: 247-252
  • 査読あり
• [雑誌論文] Short-time Fourier transform analysis of real-time time-dependent Hartree-Fock and timedependent density functional theory calculations with Gaussian basis functions (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Akama, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 132(5) ページ: 0541041-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of energy density analysis to periodic-boundary-condition calculations with plane-wave basis functions (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, A. Takahashi, T. Okada, T. Ohno, H. Nakai
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 81(11) ページ: 1151361-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of real-time time-dependent density functional theory with the CV-B3LYP functional to core excitations (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Akama, Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Lett. 39(4) ページ: 407-409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acceleration of self-consistent-field convergence in ab initio molecular dynamics and Monte Carlo simulations and geometry optimization (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Atsumi, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 490(1-3) ページ: 102-108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementation of divide-and-conquer electronic structure code to GAMESS program package (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, T. Akama, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. Jpn. 8(1) ページ: 1-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-body energy decomposition schemes revisited: Assessment of Mulliken-, grid-, and conventional energy density analyses (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 109(11) ページ: 2464-2473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual-level hierarchical scheme for linear-scaling divide-and-conquer correlation theory (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 109(10) ページ: 2227-2237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic temperature in divide-andconquer electronic structure calculation revisited: Assessment and improvement of self-consistent field convergence (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Akama, M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 109(12) ページ: 2706-2713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of frozen orbital analysis to the Tamm-Dancoff approximation to time-dependent density functional theory (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, T. Baba, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Lett. 38(6) ページ: 528-529
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of density functional theory to nuclear orbital plus molecular orbital theory: Self-consistent field calculations with the Colle- Salvetti electron-nucleus correlation functional (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, Y. Tsukamoto, H. Kiryu, H. Nakai
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 82(9) ページ: 1133-1139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Divide-and-conquer-based linear-scaling approach for traditional and renormalized coupled cluster methods with single, double, and noniterative triple excitations (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 131(11) ページ: 1141081-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density functional method including weak interactions: dispersion coefficients based on the local response approximation (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 131(22) ページ: 2241041-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Colle-Salvetti-type correction for electronnucleus correlation in the nuclear orbital plus molecular orbital theory (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, H. Kiryu, H. Nakai
  • 雑誌名: Comput. Chem. 29(5) ページ: 735-740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy density analysis for second-order Moller-Plesset perturbation theory and coupled cluster theory with singles and doubles: Applications to C2H4-CH4 complexes (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 29(10) ページ: 1555-1563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular orbital propagation to accelerate self-consistent-field convergence in an ab initio molecular dynamics simulation (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Atsumi, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 128(9) ページ: 0941011-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis on excitations of molecules with Ih symmetry: Frozen orbital analysis and general rules (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Baba, Y. Imamura, M. Okamoto, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Lett. 37(3) ページ: 322-323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Natural bond orbital based energy density analysis for correlated methods: Second-order Moller-Plesset perturbation and coupled-cluster singles and doubles (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, T. Baba, H. Nakai
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 108(8) ページ: 1316-1325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of the Sakurai-Sugiura projection method to core-excited-state calculation by time-dependent density functional theory (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchimochi, M. Kobayashi, A. Nakata, Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 29(14) ページ: 2311-2316
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of hexacoordinate hypervalent carbon compounds: Density functional study (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kikuchi, M. Ishii, K. -y. Akiba, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 460(1-3) ページ: 37-41
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of active sites based on unified analysis of potential energy profile in chemical reaction: application to C-H activation of methane by Ti(IV)-imido complex (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai, J. Suzuki, Y. Kikuchi
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 460(1-3) ページ: 347-351
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of linear-scaling divide-andconquer- based correlation method to coupled cluster theory with singles and doubles excitations (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 129(4) ページ: 0441031-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of self-interaction correction for describing core excited states (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 107(1) ページ: 23-29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Description of core excitations by time-dependent density functional theory with local density approximation, generalized gradient approximation, meta-generalized gradient approximation, and hybrid functionals (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, T. Otsuka, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 28(12) ページ: 2067-2074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wavelet transform analysis of ab initio molecular dynamics simulation: Application to core-excitation dynamics of BF3 (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuka, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 28(6) ページ: 1137-1144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid treatment combining the translation- and rotation-free nuclear orbital plus molecular orbital theory with generator coordinate method: TRF-NOMO/GCM (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Sodeyama, H. Nishizawa, M. Hoshino, M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 433(4-6) ページ: 409-415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grid-based energy density analysis: implementation and assessment (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Imamura, A. Takahashi, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 126(3) ページ: 0341031-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio molecular dynamics simulation of energy relaxation process of protonated water dimer (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamauchi, S. Ozawa, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. 111(11) ページ: 2062-2066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementation of divide-and-conquer method including Hartree-Fock exchange interaction (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Akama, M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 28(12) ページ: 2003-2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of energy density analysis to periodic-boundary-condition calculation: Evaluation of locality in extended system (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai, Y. Kurabayashi, M. Katouda, T. Atsumi
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 438(1-3) ページ: 132-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of the core-valence-Rydberg B3LYP functional to core-excited-state calculations of third-row atoms (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Nakata, Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comp. 3(4) ページ: 1295-1305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical design of monofunctional psoralen compounds in photochemotherapy (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Nakata, T. Baba, H. Nakai
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 80(7) ページ: 1341-1349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of bond energy density analysis (Bond-EDA) to Diels-Alder reaction (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Baba, M. Ishii, Y. Kikuchi, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Lett. 36(5) ページ: 616-6178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of analytic energy gradient method in nuclear orbital plus molecular orbital theory (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino, Y. Tsukamoto, H. Nakai
  • 雑誌名: Int. J. Quant. Chem. 107(14) ページ: 2575-2585
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alternative linear-scaling methodology for the second-order Moller-Plesset perturbation calculation based on the divide-and-conquer method (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 127(7) ページ: 0741031-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical determination of hypervalent bond energy of 10-S-3 sulfurane derivatives (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamauchi, K. -y. Akiba, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Lett. 36(9) ページ: 1120-1121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotope effect in dihydrogen-bonded systems: Application of analytical energy gradient method in the nuclear orbital plus molecular orbital theory (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai, Y. Ikabata, Y. Tsukamoto, Y. Imamura, K. Miyamoto, M. Hoshino
  • 雑誌名: Mol. Phys. 19-22 ページ: 2649-2657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Is the divide-and-conquer Hartree-Fock method valid for calculations of delocalized systems? (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Akama, A. Fujii, M. Kobayashi, H. Nakai
  • 雑誌名: Mol. Phys. 19-22 ページ: 2799-2804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy density analysis of cluster size dependence of surface-molecule interactions (II): Formate adsorption onto a Cu(111) surface (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai, Y. Kikuchi
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 27(8) ページ: 917-925
  • 査読あり
• [雑誌論文] M. Kobayashi, H. Nakai (2006)
  • 著者名/発表者名: Implementation of Surjan's density matrix formulae for calculating second-order Moller- Plesset energy
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 420(1-3) ページ: 250-255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-dependent density functional theory calculations for core excited states: Assessment of standard exchange-correlation functionals and development of a novel hybrid functional (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Nakata, Y. Imamura, T. Otsuka, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124(9) ページ: 0941051-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-Born-Oppenheimer effects predicted by translation-free nuclear orbital plus molecular orbital method (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Sodeyama, K. Miyamoto, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 21(1-3) ページ: 72-76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elimination of translational and rotational motions in nuclear orbital plus molecular orbital theory: Application of Moller-Plesset perturbation theory (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124(19) ページ: 1941101-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Natural atomic orbital based energy density analysis: Implementation and applications (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Baba, M. Takeuchi, H. Nakai
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 424(1-3) ページ: 193-198
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Hybrid exchange-correlation functional for core, valence, and Rydberg excitations (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Nakata, Y. Imamura, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125(6) ページ: 0641091-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elimination of translational and rotational motions in nuclear orbital plus molecular orbital theory: Contribution of the first-order rovibration coupling (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, M. Hoshino, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comp. 2(6) ページ: 1544-1550
  • 査読あり
• [雑誌論文] Second-order Moller-Plesset perturbation energy obtained from divide-and-conquer Hartree-Fock density matrix (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, T. Akama, H. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125(20) ページ: 2041061-8
  • 査読あり
• [学会発表] Theoretical study to realize real systems (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai
  • 学会等名: International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
  • 発表場所: Kyoto University (Kyoto, Japan)
  • 年月日: 20100107-20100119
• [学会発表] WFT and DFT study on weakly interacting systems (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai
  • 学会等名: The 4th Asian Pacific Conference on Theoretical & Computational Chemistry (APCTCC-4)
  • 発表場所: Legend Water Chalets (Port Dickson, Malaysia)
  • 年月日: 20091221-20091223
• [学会発表] Novel approaches for core excitations and weak interactions in density functional theory (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai
  • 学会等名: 14th Quantum Systems in Chemistry and Physics (QSCP-XIV)
  • 発表場所: Escurial, Spain
  • 年月日: 20090913-20090918
• [学会発表] Density functional study on core excitation and weak interaction (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Nakai
  • 学会等名: The 3th Japan-Czech-Slovak Symposium on Theoretical and Computational Chemistry
  • 発表場所: Bratislava, Slovakia
  • 年月日: 20090909-20090912