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2014 年度 実施状況報告書

X線自由電子レーザー(XFEL)により拓かれる新しい科学に関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 24550034
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

今村 穣  独立行政法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (60454063)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードX線自由電子レーザー / 内殻イオン化 / 内殻励起 / 多光子過程
研究実績の概要

X線自由電子レーザー(XFEL)による、(A)化学反応の追跡、(B)単分子構造解析、(C)新奇物性の発現、の実現可能性を検討するためにはXFELにより生じる電子状態を精度良く記述する必要がある。
そこで、XFELで特徴的に生成される内殻励起・内殻イオン化を高精度に記述する手法の検証を行った。波動関数理論は高精度に内殻励起・内殻イオン化を記述可能であるが、計算コストが高く、対象系が大きくなった場合は実行不可能となる。そのため、計算コストが比較的少なく、精度良く内殻励起・内殻イオン化を記述する密度汎関数理論(DFT)の手法を用いた。具体的には、DFTで用いる軌道特定(OS)汎関数において、(i)クーロン演算子を領域毎の分割、(ii)複数軌道の軌道の直線性条件(LCOE)からそれぞれの領域のHF交換項の割合の決定、のスキームを用いて、内殻励起・内殻イオン化の検証を行った。実際に一酸化炭素分子や窒素分子などの分子において数値的に検討を行ったところ、価電子励起・リドベルグ励起状態のみならず内殻励起状態も高精度に記述可能なことがわかった。また、内殻イオン化ポテンシャルエネルギーに関して高精度に記述することがわかった。高強度のXFELの多光子過程により生じる多価イオン化状態に関してもLCOEを適切に課すことで記述が可能なことがわかっている。以上により、XFELで生じる電子状態を計算する準備が整った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究の課題である、(A)化学反応の追跡、(B)単分子構造解析、(C)新奇物性の発現、において重要となるサンプル損傷を防ぐため、新しいパルス幅の測定手法の提案行い、XFELの制御へ向けて進捗があった。また、XFELで生じる電子状態を高精度に記述する計算手法も確立し、(A-C)の現象を検討する準備はできた。今後は、(A-C)に関する具体的な現象の検討に全力で取り組む。

今後の研究の推進方策

(A)化学反応の追跡、(B)単分子構造解析、(C)新奇物性の発現、の具体的な現象の検討をすすめる。そのため、理化学研究所の実験研究者と蜜に連絡を取り合い研究を速やかに遂行する。また、情報収集を図るため積極的に学会も出席する予定である。更に、検証を行うためのプログラムの整備も積極的に行う。

次年度使用額が生じた理由

2年前に所属が変わり、それに伴い研究計画を大きく変更した。よって研究費の使用計画も変更している。

次年度使用額の使用計画

具体的なXFELによる現象の検討を行うために、XFELの実験に関する情報収集を行う。よって、最終年度の研究費を主に国際会議・国内会議の出張旅費に充てる。また、理化学研究所の実験研究者との研究打ち合わせの旅費も計上予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Linearity Condition for Orbital Energies in Density Functional Theory(V): Extension to Excited State Calculations2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Imamura, Kensei Suzuki, Takeshi Iizuka, Hiromi Nakai
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 618 ページ: 30-36

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2014.10.065

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Local Response Dispersion Method in Periodic Systems: Implementation and Assessment2015

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Ikabata, Yusuke Tsukamoto, Yutaka Imamura, Hiromi Nakai
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 36 ページ: 303-311

    • DOI

      10.1002/jcc.23807

    • 査読あり
  • [学会発表] Theoretical Investigation on Dye Sensitizer Solar Cell: Spin-forbidden Transition2015

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Imamura
    • 学会等名
      11th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE 2015)
    • 発表場所
      Metropolitan Hotel, Athens, Greece
    • 年月日
      2015-03-20
    • 招待講演
  • [学会発表] NTChemを用いた色素増感太陽電池に関する理論的検討: スピン禁制励起2015

    • 著者名/発表者名
      今村穣
    • 学会等名
      第3回 NTChemワークショップ
    • 発表場所
      計算科学研究機構 (兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] 量子化学計算プログラムの紹介2014

    • 著者名/発表者名
      今村穣
    • 学会等名
      元素戦略CREST合同研究会「物性理論と量子化学の接点~相対論の視点を中心として」
    • 発表場所
      メープル有馬 (兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2014-12-26
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical Study on Spin Forbidden Transition of Solar Cell Sensitizers: Two-component Relativistic Time-dependent Density Functional Theory Study2014

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Imamura, Muneaki Kamiya, Takahito Nakajima
    • 学会等名
      The 5th AICS international Symposium
    • 発表場所
      AICS, Kobe, Japan
    • 年月日
      2014-12-08
  • [学会発表] Theoretical Study on Solar Cell Sensitizers by Two-component Relativistic Time-dependent Density Functional Theory2014

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Imamura, Muneaki Kamiya, Takahito Nakajima
    • 学会等名
      the 19th International Workshop on Quantum Systems in Chemistry, Physics and Biology (QSCP-XIX)
    • 発表場所
      Fullon Hotel, Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2014-11-13
  • [学会発表] 高効率な色素増感太陽電池材料の設計に向けた理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      今村穣, 神谷宗明, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第7回分子科学討論会2014広島
    • 発表場所
      広島大学 (広島県東広島市)
    • 年月日
      2014-09-23
  • [学会発表] 光機能材料に対する2成分相対論的時間依存密度汎関数理論の応用2014

    • 著者名/発表者名
      今村穣, 神谷宗明, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第17回理論化学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学 (愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-05-23

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公開日: 2016-05-27  

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