| 研究概要 |
申請者らが開発してきた水素原子核の量子揺らぎも含めた量子多成分系分子理論を深化させ、計算機科学との融合を含めて、物質デザインへの展開を探る。本年度は、以下に示す研究項目を実施した。
(1)量子多成分系分子理論の深化:大規模系への拡張のため、経路積分法におけるポテンシャルの評価に、半経験的分子軌道法やDFTB法を実装することで計算コストを抑えることに成功した。併せて経路積分法における並列技法への実装も行った。それらの開発により、より効率的に計算を実施することを可能とした。
(2)物質デザインへの展開:(1)で開発した大規模計算可能な手法を駆使することにより、本年度は(1)経路積分分子動力学法を用いた核酸塩基対の水素結合における量子効果の影響、および(2)多成分系分子軌道法を用いたアミノ酸分子への陽電子吸着に関する理論的解析を行った。
(1)これまでの核酸塩基対に関するab initio計算は分子軌道計算や古典的な分子動力学計算がほとんどであるが、本研究では温度効果・核の量子効果をともに考慮できる経路積分ハイブリッドモンテカルロ法を用いてWatson-Crick型の核酸塩基対の水素結合について詳細に解析した。特に、今回は三つの水素結合を持つGuanine-Cytosine pair(G-C pair)に注目したところ、中央の水素結合と両サイドの水素結合は大きく相関していることがわかった。
(2)アミノ酸分子の陽電子吸着能を明らかにすることを目的に、電子・陽電子を量子力学的粒子として取り扱うことのできる多成分分子軌道(MC-MO)法を用いて、20種類のアミノ酸分子の陽電子親和力(陽電子の束縛エネルギー,以下、PA)を系統的に解析した。その結果、陽電子結合サイトを理解するには、長距離相互作用の重要性が示唆された。また、アミノ酸分子の双極子モーメントと陽電子親和力の間には強い相関関係があることもわかった。
|
