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2011 年度 実施状況報告書

水素結合分子集団の量子振動状態に関する新規高精度シミュレーション手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23550011
研究機関金沢大学

研究代表者

三浦 伸一  金沢大学, 数物科学系, 准教授 (10282865)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワード経路積分 / 変分経路積分 / 量子モンテカルロ / 水素分子クラスター / パラ水素
研究概要

水素分子クラスターの変分経路積分分子動力学計算を実施した。クラスターのサイズは、N=3のような小さなところからN=20程度の中規模サイズ領域までをカバーしている。古典的な計算からは、N=7, 13が安定な構造であることが示されており、いわゆる魔法数に対応する。量子効果を取り込むと、運動エネルギーの寄与によりN=7にあった化学ポテンシャルの極小が消失した。計算した範囲内ではN=13には浅い極小が存在しているので、このサイズは魔法数のクラスターと呼んでもよいであろう。またこの計算では、射影演算子の離散化した経路積分表示を得る際に高次分解の方法を用いており、この手法の有効性が水素分子クラスターに対しても示されている。このような非調和性が強くまた量子効果が大きい系は、振動SCF法のような基底関数ベースの方法では信頼性のおける結果を得ることができないために、本研究で開発されている方法の重要性が明確に示された。 またプロトン化した水クラスターの経路積分分子動力学計算を実施した。本研究は、通常の経路積分計算であり、変分経路積分計算を実施するための予備計算も兼ねている。計算を実施した温度は、室温に近い高い温度領域であるが、特にプロトン移動を記述する反応座標に関する分布には強い量子効果が見られた。構造に関しては、古典近似および量子化した場合、共に開いた構造が主であったが、低温になると大きく異なってくることが予想される。低温での計算が待たれるところである。

現在までの達成度 (区分)
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

試行関数から厳密解を取り出す射影演算子を構成するための近似について、水素分子クラスターに対して適用してその有効性は示されており、この方向の努力はおおむね順調に進展している。一方、水クラスターを念頭おいた試行関数の構築に関しては、実装に向けて現在問題点を検討中である。

今後の研究の推進方策

水素分子クラスターを中心に方法の開発・応用はおおむね順調に進展している。今後はガウス関数をもとにした水素結合分子系の試行波動関数の構築に注力する。

次年度の研究費の使用計画

今年度までに得られた結果を発表するための旅費を中心に使用する予定である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (13件)

  • [雑誌論文] Molecular dynamics and hybrid Monte Carlo algorithms for the variational path integral with a fourth order propagator2012

    • 著者名/発表者名
      S. Miura
    • 雑誌名

      The ACS Symposium Series, Advances in Quantum Monte Carlo

      巻: 1094 ページ: 177-186

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A particle-based method for generating exact quantum many-body states2011

    • 著者名/発表者名
      S. Miura
    • 雑誌名

      GAKUTO International Series --- Mathematical Sciences and Applications

      巻: 34 ページ: 129-138

    • 査読あり
  • [学会発表] 変分経路積分分子動力学法の開発と分子系への応用2012

    • 著者名/発表者名
      住田由加里, 三浦伸一
    • 学会等名
      次世代ナノ統合シミュレーションソフトウエアの研究開発 公開シンポジウム
    • 発表場所
      ニチイ学館、兵庫県
    • 年月日
      2012年3月6日
  • [学会発表] 第一原理経路積分分子動力学法プログラムの開発と水素結合系への応用2012

    • 著者名/発表者名
      石井史之, 三浦伸一
    • 学会等名
      次世代ナノ統合シミュレーションソフトウエアの研究開発 公開シンポジウム
    • 発表場所
      ニチイ学館、兵庫県
    • 年月日
      2012年3月6日
  • [学会発表] Structural fluctuations in para-hydrogen clusters studied by the variational path integral molecular dynamics method2011

    • 著者名/発表者名
      S. Miura
    • 学会等名
      8th Liquid Matter Conference
    • 発表場所
      Vienna, Austria
    • 年月日
      2011年9月9日
  • [学会発表] A molecular dynamics study of protonated water clusters,2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Sumita and S. Miura
    • 学会等名
      8th Liquid Matter Conference
    • 発表場所
      Vienna, Austria
    • 年月日
      2011年9月6日
  • [学会発表] 水素ハイドレートの分子動力学シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      東真史, 三浦伸一
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • 年月日
      2011年9月23日
  • [学会発表] プロトン化した水クラスターの理論的研究2011

    • 著者名/発表者名
      住田由加里, 三浦伸一
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • 年月日
      2011年9月22日
  • [学会発表] 変分経路積分分子動力学法を用いた量子クラスターの構造に関する研究2011

    • 著者名/発表者名
      三浦伸一
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター、北海道
    • 年月日
      2011年9月21日
  • [学会発表] Variational path integral molecular dynamics method applied to molecular systems2011

    • 著者名/発表者名
      S. Miura
    • 学会等名
      XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics (QSCP-XVI)(招待講演)
    • 発表場所
      Kanazawa, Japan
    • 年月日
      2011年9月13日
  • [学会発表] 変分経路積分分子動力学法の分子系への適用2011

    • 著者名/発表者名
      三浦伸一
    • 学会等名
      第25回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      東京工業大学デジタル多目的ホール・メディアホール、東京都
    • 年月日
      2011年12月7日
  • [学会発表] プロトン化した水クラスターの構造とゆらぎ2011

    • 著者名/発表者名
      住田由加里, 三浦伸一
    • 学会等名
      第25回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      東京工業大学デジタル多目的ホール・メディアホール、東京都
    • 年月日
      2011年12月6日
  • [学会発表] 水素ハイドレートの構造とゆらぎに関する研究2011

    • 著者名/発表者名
      東真史, 三浦伸一
    • 学会等名
      第25回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      東京工業大学デジタル多目的ホール・メディアホール、東京都
    • 年月日
      2011年12月6日
  • [学会発表] 経路積分分子動力学法を用いたプロトン化した水クラスターの構造ゆらぎに関する研究2011

    • 著者名/発表者名
      住田由加里, 三浦伸一
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学ES総合館ESホール、愛知県
    • 年月日
      2011年11月15日
  • [学会発表] 分子動力学法を用いた水素ハイドレートの理論的研究2011

    • 著者名/発表者名
      東真史, 三浦伸一
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学ES総合館ESホール、愛知県
    • 年月日
      2011年11月15日

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公開日: 2013-07-10  

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