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2019 年度 実績報告書

鏡像異性体分子中の電子カイラリティと宇宙線衝突によるホモカイラリティの起源

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 19H05103
研究機関京都大学

研究代表者

瀬波 大土  京都大学, 工学研究科, 講師 (40431770)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードホモカイラリティ
研究実績の概要

アミノ酸分子が持つ電子カイラリティ非対称度をアラニン、セリン、バリンを対象に研究を行った。先行研究からは、スピン軌道相互作用の小ささから、周期表の第二周期までの元素だけからなる分子に対しては、通常の相対論的量子化学計算からは十分な精度で結果を得ることはできないとの結果が得られていた。通常の相対論的量子化学計算で使用する範囲を大きく超えた広がった関数の組(分散関数)を基底関数系に追加することにより、信頼できる電子カイラリティ非対称度の値が計算できることを発見した。その計算手法に基づいて、シンプルな構造を持つアミノ酸分子であるアラニン、セリン、バリンを対象に電子カイラリティ非対称度の計算を行った。その値は鏡像異性体分子のL体が正の値、D体は負の値であった。これは、L体には右巻き電子の方が多く、D体には左巻き電子の方が多いことを意味し、ニュートリノとの反応率はD体の方が大きいことを意味している。このことは電子カイラリティ非対称度がホモカイラリティを生み出す機構であることを支持する結果であった。
また、過去の研究から、電子励起により分子の持つ電子カイラリティ非対称度を著しく増幅させる可能性があると予言をしていた。これを確認するために、配置間相互作用法(CI法)による相対論的量子化学計算を過酸化水素(H2O2)を対象に行った。その結果として、4桁の電子カイラリティ非対称度の増幅が起こることを確認した。
太陽からのニュートリノとアミノ酸分子の相互作用が地球上のホモカイラリティを説明できるかを定量的に評価した。結果としては太陽ニュートリノでは十分な非対称を作ることはで着ないことが分かった。

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

計画を大幅に超えた研究テーマはないが、特に遅れているテーマもなく、おおむね順調に研究が進んでいると考えている。

今後の研究の推進方策

この年度までの研究において、励起により分子の持つ電子カイラリティ非対称度は著しく増幅するとの予言を行っていた。この予言に基づき、鏡像異性体分子の励起状態におけるエネルギー差について研究をすすめる。最もシンプルな鏡像異性体分子であるH2X2 (X=O,S,Se,Te) について、EOM-CC-FFPT (Equation Of Motion-Coupled Cluster-Finite Field Perturbation theory)という高コストだが高精度の計算を行い、励起状態における鏡像異性体分子間のエネルギー差について調べる。
この年度の研究でアミノ酸分子、アラニン、セリン、バリンが持つ電子カイラリティ非対称性はホモカイラリティを生み出す機構が働くために必要なL体が正の値、D体は負の値という条件と合致していた。この計算はハートリー・フォック計算を行って示していたが、電子カイラリティ非対称度の計算はかなりの精度が必要であり、我々が行ったハートー・フォック計算では精度がぎりぎりであると考えている。そこで、密度汎関数法を用いてより高精度計算を行い計算の検証を進めたい。
研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点は特にない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Effects of external electric field and internuclear length on effective electric field for measurement of electron electric dipole moment2021

    • 著者名/発表者名
      Senami Masato、Kuroda Naoya、Takahashi Toshiki
    • 雑誌名

      Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering

      巻: 21 ページ: 99~107

    • DOI

      10.3233/JCM-204361

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron chirality in amino acid molecules2020

    • 著者名/発表者名
      Senami Masato、Shimizu Tomoki
    • 雑誌名

      Physics Letters A

      巻: 384 ページ: 126796~126796

    • DOI

      10.1016/j.physleta.2020.126796

    • 査読あり
  • [学会発表] 分子の電気伝導現象における電子テンション密度のスピン依存成分に関する理論的研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 如寛
    • 学会等名
      計算科学研究センター・ナノテクノロジープラットフォーム事業合同ワークショップ -データ科学に基づく理論・計算科学と実験科学の協働を目指して-
  • [学会発表] 分子の電気伝導現象における電子テンション密度のスピン依存成分に関する理論的研究2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 如寛
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] 非平衡グリーン関数法を用いた電流によるカイラル誘起スピン選択性の起源の研究2021

    • 著者名/発表者名
      島田 隆史
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] 多原子極性分子を用いた電子電気双極子能率探索において分子構造が有効電場とスピンに及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      黒田 直也
    • 学会等名
      分子化学オンライン討論会
  • [学会発表] Electron Chirality in Amino Acid and Homochirality2020

    • 著者名/発表者名
      Masato Senami
    • 学会等名
      The 6th Quantum Science (QS) symposium -The Main Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effects of molecular structure of polyatomic polar molecules on spin dynamics and effective electric field2020

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kuroda
    • 学会等名
      The 3rd Univ. Ryukyus International Symposium of Theoretical and Computational Science (RIS-TCS)
    • 国際学会
  • [学会発表] The asymmetry of electron chirality induced by chiral structure of molecule2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Shimizu
    • 学会等名
      The 3rd Univ. Ryukyus International Symposium of Theoretical and Computational Science (RIS-TCS)
    • 国際学会
  • [学会発表] The Electron Chirality in Chiral Molecules2019

    • 著者名/発表者名
      Masato Senami
    • 学会等名
      5th Computational Chemistry Symposium of International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE) 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 鏡像異性体における電子カイラリティの理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      清水 智規
    • 学会等名
      第22回 理論化学討論会
  • [学会発表] 鏡像異性体の電子カイラリティに関する理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      清水 智規
    • 学会等名
      第13回 分子科学討論会

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公開日: 2021-12-27  

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