投影増強波法を導入した分子電子状態計算の新システムの構築

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K18931
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 柳井 毅 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00462200)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• キーワード: 密度汎関数理論 / 射影増強波法 / 擬ポテンシャル / 基底関数 / ガウス型関数

研究実績の概要

本研究者はDFT計算プログラムの高速化を可能とするGTF-PAW法の試作的なプログラムを開発してきてる。研究開始時の実装では密度関数ρのみの純粋汎関数に基 づく基礎的なレベルに留まっていた。本研究では目的とする量子化学計算法の全く新しい計算システムの構築を達成するために，本年，以下に示す具体的な手法 開発を通じた研究方法を行ってきた。(1)GTF-PAW法に一般化勾配近似（GGA)レベルの汎関数計算法を実装することに成功した。(2) GTF基底セットの開発:GTF-PAW法では，擬ポテンシャルの対として，ガウス型基底関数 (GTF)が用いられる 。GTF-PAW計算の効率化のためには，その縮約型GTFの最適なパラメータ(基底セット)は，新しく決め直す必要がある。(3) 汎関数モデルの高度化: Hartree-Fock交換をPAW-GTFの枠組みに組み入れる定式・実装を 行う。これにより，最も利用 される混成B3LYP汎関数が実装される。既に試作レベルは達成しているが，これを実践的なコードに完成度を高める。B3LYPレベルのPAW擬ポテンシャルやPAW部分 波のデータセットを元素毎に生成する手法の構築は達成している。 (3)に関しては，本手法の分子系への実装の道筋も立っている。部分的に計算効率が悪いところがあるので，コードの最適化を行った。 (2)に関しては，局所密度近似LDAレベルのガウス型基底関数基底セットおよびポテンシャルの開発が進めら，論文として発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Algorithm for analytic nuclear energy gradients of state averaged DMRG-CASSCF theory with newly derived coupled-perturbed equations (2023)
  • 著者名/発表者名: Iino Tsubasa、Shiozaki Toru、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: 054107～054107
  • DOI: 10.1063/5.0130636
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of 2,6-Dihalopurines as Stomata Opening Inhibitors: Implication of an LRX-Mediated H+-ATPase Phosphorylation Pathway (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueda Ayaka、Aihara Yusuke、Sato Shinya、Kano Keiko、Mishiro-Sato Emi、Kitano Hiroyuki、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Amaike Kazuma、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 18 ページ: 347～355
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00771
  • 査読あり
• [雑誌論文] Machine‐Learning Classification for the Prediction of Catalytic Activity of Organic Photosensitizers in the Nickel(II)‐Salt‐Induced Synthesis of Phenols (2023)
  • 著者名/発表者名: Noto Naoki、Yada Akira、Yanai Takeshi、Saito Susumu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 62 ページ: -
  • DOI: 10.1002/anie.202219107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comment on “Canonical transcorrelated theory with projected Slater-type geminals” [J. Chem. Phys. 136, 084107 (2012)] (2023)
  • 著者名/発表者名: Masteran Conner、Kumar Ashutosh、Teke Nakul、Gaudel Bimal、Yanai Takeshi、Valeev Edward F.
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: 057101～057101
  • DOI: 10.1063/5.0135257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Mechanism of Spectral Tuning by Chloride Binding in Monkey Green Sensitive Visual Pigment (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Minowa Fumika、Nishina Michiya、Nakamura Shunta、Ohashi Sayaka、Katayama Kota、Kandori Hideki、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 14 ページ: 1784～1793
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c03619
  • 査読あり
• [雑誌論文] Artificial neural network encoding of molecular wavefunctions for quantum computing (2023)
  • 著者名/発表者名: Hagai Masaya、Sugiyama Mahito、Tsuda Koji、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: Digital Discovery 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1039/D2DD00093H
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local N-electron valence state perturbation theory using pair-natural orbitals based on localized virtual molecular orbitals (2023)
  • 著者名/発表者名: Uemura Kazuma、Saitow Masaaki、Ishimaru Takaki、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: -
  • DOI: 10.1063/5.0143793
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Silico Analysis and Synthesis of Nafamostat Derivatives and Evaluation of Their Anti-SARS-CoV-2 Activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Hobbs Daniel C. F.、Umeda Miki、Nagata Akihiro、Yamaguchi Rie、Sato Yoshitaka、Sato Ayato、Ohmatsu Kohsuke、Ooi Takashi、Yanai Takeshi、Kimura Hiroshi、Murata Takayuki
  • 雑誌名: Viruses 巻: 14 ページ: 389～389
  • DOI: 10.3390/v14020389
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescent Organic π‐Radicals Stabilized with Boron: Featuring a SOMO-LUMO Electronic Transition (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito Masato、Shirai Shusuke、Xie Yongfa、Kushida Tomokatsu、Ando Naoki、Soutome Hiroki、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Tabata Kenichi、Miyata Yasuo、Kita Hiroshi、Yamaguchi Shigehiro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 61 ページ: -
  • DOI: 10.1002/anie.202201965
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5-Thiaporphyrinium cation: effect of sulphur incorporation on excited state dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Takiguchi Asahi、Inai Naoto、Kang Seongsoo、Hagai Masaya、Lee Seokwon、Yanai Takeshi、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 ページ: 5956～5959
  • DOI: 10.1039/D2CC00522K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stochastic evaluation of four-component relativistic second-order many-body perturbation energies: A potentially quadratic-scaling correlation method (2022)
  • 著者名/発表者名: Cruz J. Csar、Garza Jorge、Yanai Takeshi、Hirata So
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 156 ページ: 224102～224102
  • DOI: 10.1063/5.0091973
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desulfonylative Coupling of Alkylsulfones with gem-Difluoroalkenes by Visible-Light Photoredox Catalysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Nambo Masakazu、Ghosh Koushik、Yim Jacky C.-H.、Tahara Yasuyo、Inai Naoto、Yanai Takeshi、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 12 ページ: 9526～9532
  • DOI: 10.1021/acscatal.2c02233
  • 査読あり
• [雑誌論文] A local pair-natural orbital-based complete-active space perturbation theory using orthogonal localized virtual molecular orbitals (2022)
  • 著者名/発表者名: Saitow Masaaki、Uemura Kazuma、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 157 ページ: 084101～084101
  • DOI: 10.1063/5.0094777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-Function Study of a Novel Inhibitor of Cyclin-Dependent Kinase C in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito Ami N、Maeda Akari E、Takahara Tomoaki T、Matsuo Hiromi、Nishina Michiya、Ono Azusa、Shiratake Katsuhiro、Notaguchi Michitaka、Yanai Takeshi、Kinoshita Toshinori、Ota Eisuke、Fujimoto Kazuhiro J、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63 ページ: 1720～1728
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Machine-Learning- and Knowledge-Based Scoring Functions Incorporating Ligand and Protein Fingerprints (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Minami Shota、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 7 ページ: 19030～19039
  • DOI: 10.1021/acsomega.2c02822
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determination of FRET orientation factor between artificial fluorophore and photosynthetic light-harvesting 2 complex (LH2) (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Miyashita Tomoya、Dewa Takehisa、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-19375-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planarization of a bowl-shaped molecule by triple-decker stacking (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawashima Hiroyuki、Fukui Norihito、Phung Quan Manh、Yanai Takeshi、Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: Cell Reports Physical Science 巻: 3 ページ: 101045～101045
  • DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of Hydrophobic/Hydrophilic Balance on Aggregation Pathways, Morphologies, and Excited-State Dynamics of Amphiphilic Diketopyrrolopyrrole Dyes in Aqueous Media (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukaya Natsumi、Ogi Soichiro、Sotome Hikaru、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、B-umer Nils、Fern-ndez Gustavo、Miyasaka Hiroshi、Yamaguchi Shigehiro
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 144 ページ: 22479～22492
  • DOI: 10.1021/jacs.2c07299
  • 査読あり
• [学会発表] ニューラルネットワーク符号化波動関数計算の量子アルゴリズムの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柳井毅
  • 学会等名: 73.スーパーコンピュータワークショップ2022「複雑電子系の理論・計算科学」
  • 招待講演
• [学会発表] Use of Boltzmann machine quantum state ansatz for molecular wave function solver (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳井毅
  • 学会等名: World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 量子化学計算の大規模化・高精度化による挑戦 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳井毅
  • 学会等名: 俯瞰ワークショッフナノテクノロシー材料分野 区分別分科会
  • 招待講演