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2014 年度 実績報告書

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, 教授 (10282865)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
キーワード経路積分 / 変分経路積分 / 量子モンテカルロ法 / 分子動力学法 / ハイブリットモンテカルロ法 / 水
研究実績の概要

水分子クラスターに代表される水素結合クラスターの基底状態の効率的なシミュレーション手法として変分経路積分ハイブリットモンテカルロ法の開発を行った。計算コストを支配しているパラメータのひとつに虚時間スライスの数があげられるが、本研究では通常用いられるものより高次の近似を採用することにより、精度を下げることなく虚時間スライスの数を減らすことを可能とした。また高次近似に基づく分子動力学法・ハイブリットモンテカルロ法ではポテンシャル関数のヘッセ行列の情報が必要である。これは変分経路積分サンプリングをする際の有効相互作用の部分にポテンシャルの勾配の情報が含まれていることによる。本研究では、粒子間の相互作用と相互作用のグラディエント部分を分割して取扱い、運動方程式によるシステム自由度のアップデートには前者の相互作用の部分を用い、メトロポリス関数による配位の採択・棄却のステップではグラディエントの情報を含む完全な有効相互作用を用いるマルチレベルのハイブリットモンテカルロ法を構築した。これにより運動方程式を数値的に解く際にヘッセ行列の計算を回避することができる。分子動力学法、ハイブリットモンテカルロ法、マルチレベルのハイブリットモンテカルロ法を水分子に適用し、計算効率の検討をすることにより、効率的なパイブリットモンテカルロパラメータの探索を実施した。経験ポテンシャルを用いた少数分子の系では、大きな効率の差は認めれなかったが、電子状態を同時に計算する場合や、多分子クラスターに対しては、マルチレベルのハイブリットモンテカルロ法が大いに役立つことが期待される。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Efficient algorithms for semiclassical instanton calculations based on discretized path integrals2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kawatsu and S. Miura
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 141 ページ: 024101(14pages)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4885437

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 3D-RISM/MD ハイブリッドシミュレーション法によるシニョリン分子の構造ゆらぎの解析2014

    • 著者名/発表者名
      刑部進之介,三浦伸一
    • 学会等名
      第28回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台市民会館
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
  • [学会発表] 高次近似のプロパゲータを用いた変分経路積分分子動力学法による水分子の研究2014

    • 著者名/発表者名
      上林勇貴,三浦伸一
    • 学会等名
      第28回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台市民会館
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
  • [学会発表] 3D-RISM/MD ハイブリッドシミュレーション法を用いた シニョリン分子の構造ゆらぎの解析2014

    • 著者名/発表者名
      刑部進之助,三浦伸一
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] 高次近似の密度行列を用いた変分経路積分分子動力学法による水分子の研究2014

    • 著者名/発表者名
      上林勇貴,三浦伸一
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] ab initio 虚時間離散化経路積分インスタントン法を用いたアンモニア 同位体の傘反転ゼロ点振動におけるトンネル分裂の定量的再現2014

    • 著者名/発表者名
      河津励, 三浦伸一
    • 学会等名
      第17回理論化学討論会
    • 発表場所
      名古屋大ES総合館
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24

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公開日: 2016-06-01  

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