電子-核等価型時間依存密度汎関数法の開発と強レーザー場中の分子構造変化の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540463
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 河野 裕彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70178226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長尾 秀美 金沢大学, 理学部, 助教授 (30291892) ; 藤村 勇一 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90004473)
• Keywords: 時間依存密度汎関数法 / 電子波束 / 核波束 / 時間依存断熱状態 / 水素分子イオン / 選択的結合解離 / 非断熱遷移 / 相関ポテンシャル

Research Abstract

密度汎関数法は分子,高分子,タンパク質などの電子物性や化学反応性などの理論的研究に用いられて大きな成果を納めてきた。本研究では,強レーザー場中での分子ダイナミックスを研究するために,電子のみならず核の波動関数を考慮したBorn-Oppenheimer近似を超えた時間依存密度汎関数法の展開を試みた.本年度の研究では,電子ガスモデルを拡張した核-電子ガスモデルを用いて核-電子相関を見積もった.結果を以下にまとめる.
(1)Random-phase近似を用いて核-電子間に働く有効引力を解析的に導き,それが核-電子相関によって遮蔽されていることがわかった.
(2)Random-phase近似を用いた核-電子有効相互作用を基にして,さらに,Ladder近似による核-電子間有効相互作用を数値的に見積もった.核-電子ガスモデルの低密度領域において,引力的補正を与えることがわかった.本研究の成果は,Int.J.Quantum Chem.に現在印刷中である.現在,得られた核-電子相関ポテンシャルを強レーザー場中の分子ダイナミックスに適用することを行っている.
一方,強レーザー場誘起の核ダイナミクスを再現できる時間依存密度汎関数法を開発するため,その精度比較に必要な現状では最も良く核運動を記述する時間依存断熱状態法を開発した.電子の動きはレーザー電場の変化に追従する時間依存断熱電子状態とそれらの間の電場誘起非断熱遷移によって説明でき,核ダイナミクスを追跡することができる.分子軌道法を用いれば,大きな分子にも適用でき,エタノールの選択的解離反応に適用した.強レーザー場中では,C-C結合の方がC-O結合より切れやすいという実験結果が報告されている.本方法によって、生成した1価カチオンの段階で,(CH_3)-(CH_2OH)^+の電子配置を持つ時間依存最低断熱状態と,(CH_3)^+-(CH_2OH)の解離性断熱ポテンシャルが短いC-C結合距離で交差し,2つの状態間の非断熱遷移により解離が促進されることが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] Y.Sato, H.Kono, S.Koseki, Y.Fujimura: "Description of molecular dynamics in intense laser fields by the time-dependent adaiabatic state approach : Application to simultaneous two bond dissociation of CO_2 and its control"Journal of American Chemical Society. 125(26). 8019-8031 (2003)
• [Publications] J.Ohkubo, T.Kato, H.Kono, Y.Fujimura: "Molecular alignment in a liquid induced by a nonresonant laser field : Molecular dynamics simulation"Journal of Chemical Physics. 120(19). 9123-9132 (2004)
• [Publications] A.D.Bandrauk, H.Kono: "Molecules in intense laser fields : Nonlinear multi-photon spectroscopy and near-femtosecond to sub-femtosecond (attosecond) dynamics"Advances in Multi-Photon Processes and Spectroscopy. 15. 149-215 (2003)
• [Publications] H.Kono, Y.Sato, N.Tanaka, T.Kato, K.Nakai, S.Koseki, Y.Fujimura: "Quantum mechanical study of electronic and nuclear dynamics of molecules in intense laser fields"Chemical Physics. (印刷中). (2004)
• [Publications] Y.Ohta, J.Maki, H.Nagao, H.Kono, Y.Fujimura: "Dual transformation for Non-Born-Oppenheimer time-dependent density functional theory"International Journal of Quantum Chemistry. 91. 105-112 (2003)
• [Publications] H.Kono, Y.Sato, Y.Fujimura: "Identification of the Doorway States to Ionization of Molecules in Intense Laser Fields"Laser Physics. 13(4). 883-883 (2003)
• [Publications] T.Ito, T.Yoshimoto, Y.Ohta, H.Kawabe, H.Nagao, K.Nishikawa: "A formulation and numerical approach to molecular systems by the Green function method without Born-Oppenheimer approximation II : Nucleus-electron correlation"International Journal of Quantum Chemistry. (印刷中). (2004)
• [Publications] K.Nishikawa, T.Yamaguchi, I.Sakmoto, K.Nishi, Y.Ohta, H.Nagao: "Laser control of degenerated system by stimulated Raman adiabatic passage"Synthetic metals. 137. 1437-1438 (2003)
• [Publications] Y.Obta, T.Yoshimoto, H.Saito, H.Nagao, K.Nishikawa: "Theoretical study on selectivetransition toward the control of chemical reaction by laser field"Recent Research Developments in Quantum Chemistry. 3. 211-244 (2003)