2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of all-atom condensed-phase reaction dynamics theory with quantum mechanics
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15K05375
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
高柳 敏幸 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90354894)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 反応動力学 / ヘリウムクラスター / 量子波束 / 非断熱遷移 / 量子効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、前年度までに開発した非断熱量子波束法とリングポリマー分子動力学法を組み合わせた方法論を、ヘリウムクラスターのイオン化ダイナミクスに適用するために大幅に拡張した。ヘリウムクラスターは同じ原子の集まりであるため、イオン化に伴って電荷移動、すなわちエネルギー的に近接した電子状態間の非断熱遷移が容易に起こりうるクラスターである。いくつかの電子状態理論を検討した結果、ヘリウムクラスターの電子状態は多配置DIM (Diatomics-In-Molecule)法を利用した有効ハミルトニアン行列によって記述することを選択した。温度一定の経路積分分子動力学計算を用いて構造サンプリングを行い、得られた構造を初期配置として抜き出してイオン化し、その後のダイナミクスを約10 ps追跡した。その結果、断熱計算の場合では、ヘリウムクラスターが徐々に膨張はするものの、ヘリウム原子の蒸発はほとんど起こらないことが分かった。しかし、電子的非断熱遷移を取り入れることで、電荷移動が起こり、その結果ヘリウム原子が蒸発していくことが分かった。これはヘリウム液滴を使った過去の実験事実と定性的に一致する。得られた各トラジェクトリーをさらに詳しく解析した結果、電荷の確率分布は非断熱遷移を起こしながらクラスター内に広く非局在化していくことが分かった。これらの結果は、凝縮相中の複雑な化学反応系のイオン化を理解するためには、量子的な非断熱遷移を取り入れることが極めて重要であることを強く示している。
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