量子モンテカルロ－フラグメント分子軌道法による水の第一原理シミュレーション

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23540451
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 田中 成典 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (10379480)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 水 / 電子状態 / 量子モンテカルロ法 / フラグメント分子軌道法 / 経路積分法 / 積分方程式 / 核量子効果 / 第一原理計算

研究概要

水の相関構造や熱力学量を実験と比較できる精度で第一原理から非経験的に計算・解析するためのシミュレーション手法の開発を行った。用いた手法は主に、分子系の電子状態や原子核の量子効果を正確に記述する量子モンテカルロ法、巨大分子系の高精度・高速の第一原理計算を可能とするフラグメント分子軌道法、加えて、分子液体等の相関構造を記述する積分方程式の方法などである。スーパーコンピュータなどによる超並列計算を目指して、これらの世界最先端のシミュレーション技術の開発を行い、水分子・クラスター、液体の水などに適用して、その有効性を検証した。

研究成果

• [雑誌論文] Electron-Correlated Fragment-Molecular-Orbital Calculations for Biomolecular and Nano Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka, Y. Mochizuki, Y. Komeiji, Y. Okiyama, and K. Fukuzawa
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 16 ページ: 10310-10344
  • DOI: 10.1039/c4cp00316k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge Clamps of Lysines and Hydrogen Bonds Play Key Roles in the Mechanism to Fix Helix 12 in the Agonist and Antagonist Positions of Estrogen Receptor α: Intramolecular Interactions Studied by the Ab Initio Fragment Molecular Orbital Method (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Watanabe, K. Fukuzawa, S. Tanaka, and S. Aida-Hyugaji
  • 雑誌名: J. Phys. Chem 巻: B118 ページ: 4993-5008
  • DOI: 10.1021/jp411627y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accuracy of the Fragment Molecular Orbital (FMO) Calculations for DNA : Total Energy, Molecular Orbital, and Inter-Fragment Interaction Energy (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Fukuzawa, C. Watanabe, I. Kurisaki, N. Taguchi, Y. Mochizuki, T. Nakano, S. Tanaka, and Y. Komeiji
  • 雑誌名: Comput. Theor. Chem 巻: 1034 ページ: 7-16
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2014.02.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Classical Density Functional Calculation of Radial Distribution Functions of Liquid Water (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka and M. Nakano
  • 雑誌名: Chem. Phys 巻: 430 ページ: 18-22
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2013.12.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variational Quantum Monte Carlo with Inclusion of Orbital Correlations (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 ページ: 075001
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.075001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Triplet Correlations and Bridge Functions in Classical Density Functional Theory for Liquid Water (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka and M. Nakano
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 572 ページ: 38-43
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.04.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling of Peptide-Silica Interaction Based on Four-Body Corrected Fragment Molecular Orbital (FMO4) Calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Okiyama, T. Tsukamoto, C. Watanabe, K. Fukuzawa, S. Tanaka, and Y. Mochizuki
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 566 ページ: 25-31
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.02.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical Correction to Effective Interactions in the Fragment Molecular Orbital Method (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka, C. Watanabe, and Y. Okiyama
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 556 ページ: 272-277
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.11.085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three- and Four-Body Corrected Fragment Molecular Orbital Calculations with a Novel Subdividing Fragmentation Method Applicable to Structure-Based Drug Design (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Watanabe, K. Fukuzawa, Y. Okiyama, T. Tsukamoto, A. Kato, S. Tanaka, Y. Mochizuki, and T. Nakano
  • 雑誌名: J. Mol. Graph. Model 巻: 41 ページ: 31-42
  • DOI: 10.1016/j.jmgm.2013.01.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab Initio Path Integral Monte Carlo Simulations for Water Trimer with Electron Correlation Effects (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Fujita, S. Tanaka, T. Fujiwara, M. Kusa, Y. Mochizuki, and M. Shiga
  • 雑誌名: Comput. Theor. Chem 巻: 997 ページ: 7-13
  • DOI: 10.1016/j.comptc.2012.07.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of the Four-Body Corrected Fragment Molecular Orbital (FMO4) Method (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Nakano, Y. Mochizuki, K. Yamashita, C. Watanabe, K. Fukuzawa, K. Segawa, Y. Okiyama, T. Tsukamoto, and S. Tanaka
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 523 ページ: 128-133
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.12.004
  • 査読あり
• [学会発表] Multi-Scale Simulations for Complex Biomolecular Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: Workshop on Current Topics in Nano Simulations (CT-NanoSim2014)
  • 発表場所: University of Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2014-03-10
• [学会発表] Large-Scale Biomolecular Simulations on the Basis of Fragment Molecular Orbital Method (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: International Workshop on Eigenvalue Problems : Algorithms, Software and Applications in Petascale Computing (EPASA2014)
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2014-03-08
• [学会発表] Exploring Theoretical Models for Water (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: The 5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: Todai-ji Culture Center, Nara, Japan
  • 年月日: 2013-12-03
• [学会発表] 大規模分子シミュレーションと創薬 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: VINAS Users Conference 2013
  • 発表場所: 東京コンファレンスセンター品川, 東京
  • 年月日: 2013-10-11
• [学会発表] 第一原理シミュレーションと創薬 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: HPCI ワークショップ2013
  • 発表場所: 産業技術総合研究所臨海副都心センター, 東京
  • 年月日: 2013-09-11
• [学会発表] 大規模シミュレーションの意義 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: 科学基礎論学会2013年度講演会ワークショップ「High Performance Computing の哲学」
  • 発表場所: 大阪大学大学院人間科学研究科(吹田キャンパス), 大阪
  • 年月日: 2013-06-16
• [学会発表] 第一原理シミュレーションによる生体高分子の電子状態・ダイナミクス・輸送特性の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: 日本磁気学会第190回研究会「生体物質の物理」
  • 発表場所: 中央大学駿河台記念館, 東京
  • 年月日: 2013-05-24
• [学会発表] Structure-Based Drug Design with the Fragment Molecular Orbital Method (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: Workshop on Innovation and Pioneering Technology - Recent Development in Drug Discovery Sciences (WINPTech 2012)
  • 発表場所: Kobe University, Kobe, Japan
  • 年月日: 2013-02-18
• [学会発表] フラグメント分子軌道法を用いた薬剤耐性メカニズムの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: 平成24年度地球シミュレータ利用報告会
  • 発表場所: 海洋研究開発機構横浜研究所三好記念講堂, 横浜
  • 年月日: 2013-01-31
• [学会発表] Towards the First-Principles and Coarse-Grained Descriptions for Charge and Energy Transfers in Biomolecular Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: Joint Dresden-Japan Workshop on Molecular Scale and Organic Electronic Materials
  • 発表場所: Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPIPKS), Dresden, Germany
  • 年月日: 2012-12-13
• [学会発表] Towards the First-Principles and Coarse-Grained Descriptions for Charge and Energy Transfers in Biomolecular Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: Indo-Japan Workshop on "Recent Advances in Spectroscopy and Microscopy : Fundamentals and Applications to Materials and Biology"
  • 発表場所: University of Hyderabad, Hyderabad, India
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] フラグメント分子軌道(FMO)計算の現状と今後 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: 日本機械学会第25回計算力学講演会
  • 発表場所: 甲南大学, 神戸
  • 年月日: 2012-10-06
• [学会発表] FMO 計算の今後 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: 第4回「イノベーション基盤シミュレーションソフトウェアの研究開発」シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所, 東京
  • 年月日: 2012-07-05
• [学会発表] Charge and Energy Transfers in Biomolecular Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: NRI-TUD Joint Workshop for Organic Nanomaterials 2012
  • 発表場所: AIST, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2012-03-13
• [学会発表] Multi-Scale Simulations for Biomolecular Functions (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka
  • 学会等名: 2nd AICS International Symposium - Computer and Computational Sciences for Exascale Computing -
  • 発表場所: RIKEN Advanced Institute for Computational Science, Kobe, Japan
  • 年月日: 2012-03-01
• [学会発表] フラグメント分子軌道法を用いた薬剤耐性メカニズムの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中成典
  • 学会等名: 平成23年度地球シミュレータ利用報告会
  • 発表場所: 海洋研究開発機構横浜研究所三好記念講堂, 横浜
  • 年月日: 2012-02-07
• [図書] "Advances in Quantum Monte Carlo" (ACS Symposium Series 1094) (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka, S.M. Rothstein, and W.A. Lester, Jr., ed
  • 総ページ数: 230
  • 出版者: American Chemical Society, Washington, DC
• [備考]
  • URL: http://eniac.scitec.kobe-u.ac.jp/tanaka/index_en.html