Open quantum dynamics theory of excition, electron and proton transfer processes: Hierarchical equations of motion approach

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２年目である22年度は①太陽電池の素材としても注目されているPerylene bisimides H会合体をモデル化し、階層方程式（HEOM）を用いて時間ゲート蛍光スペクトルを計算し解析、②熱浴系と相互作用している系の熱平衡状態を効率よく計算する虚時間HEOMの開発、③非平衡過程から準静的過程について、HEOMを用いて量子熱浴系を厳密にシミュレーションすることによる量子熱力学の基礎理論の検証、④非線形多モード量子ブラウン運動モデルによる水のモデル化と２次元赤外スペクトル、二次元赤外・ラマン分光スペクトルの計算と解析、の４つのテーマについて研究を行い、６本の論文を出版した。特に③において出版した２本の論文のうち、２本目の量子カルノーサイクルの厳密な数値シミュレーションは、量子力学においても熱力学第二法則が完全に満たされることを示しており、量子領域では熱力学則破れるという議論は、熱浴との相互作用を正しく考慮してないことから来る、アーティファクトであることを明快に示した。また年度末に出版した④の２本についても、これまで量子的な計算が不可能であった水の分子内・分子間のモード結合の効果を、４モードをすべて含むモデルを構築し、それを用いて２次元赤外スペクトル、さらに我々が新たに提唱した２次元赤外・ラマンスペクトルを計算することに成功した。この方法論は量子散逸効果を含めて厳密であり、パソコンレベルの計算機において数時間内に計算を可能にしており、JCPのエディター推薦に選ばれるなど、出版直後から高い評価を得ている。このプログラムのソースコードも論文とともに公開している。これらの研究成果については、スウェーデンで行われた多次元分光に関するノーベルシンポジュムでの招待講演、年度末にインディアナポリスで行われたアメリカ化学会で２件の招待講演を行った他、UCバークレーでもセミナーを行った。