Theory of chemical binding in beyond-Born-Oppenheimer chemistry and its applications to complex molecular systems

超生奥本海默化学中的化学结合理论及其在复杂分子系统中的应用

• 批准号: 20H00373
• 负责人: 高塚 和夫
• 金额: $ 28.87万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00373/
• 关键词: 非断熱電子動力学; 化学動力学; 理論化学; 励起状態動力学; 擬縮重電子状態理論; クラスタ―化学; 電子動力学; 非断熱遷移; 高擬縮重系; 化学結合論; 反応場; 電子ダイナミクス; 励起状態化学; 化学反応論; レーザー化学; 電子移動; プロトン移動

開発中の化学領域「超ボルン・オッペンハイマー化学」，あるいは「非断熱電子動力学理論」で支配される領域の基礎理論をより一般的に定式化し，原子核の動きと同期して電子波動関数が実時間変動する様子を直接観る方法論を開拓し，新たな結合論，反応論，電子状態論に関する化学概念の深化と応用を行っている．これにより，従来の化学理論を超える，新たな化学領域での化学反応の制御や複雑な現象の定性的な予言を目指している．未踏の研究領域の核心となる特徴的な化学結合の本質とその複雑電子系が作り出す反応場の開拓を中心課題として進めており，本課題の開始から本年度にかけて，質的に多彩な研究成果が得られた．また，将来の研究展開のための布石となる基礎研究も進展している．例えば，（１）分子の全電子・原子核を含む全量子動力学のための時間依存変分理論（量子力学的Maupertuis-Hamiltonの原理）の構築，（２）化学反応における非断熱スピン流波束の理論，（３）量子力学的Huygensの理論によるGauss波束の回折・分波・トンネル現象の理論，（４）非断熱電子動力学と確率過程理論の関連性の解明，（５）我々が開発したエネルギー自然軌道による超密集高励起電子状態における動的化学結合の解析，などである．非断熱電子動力学の解析理論として生まれたネルギー自然軌道理論の具体的な応用によって，出版70年目の記念の年に当たる福井謙一のフロンティア軌道理論から出発して，Woodward-Hoffmann禁制反応，Jahn-Teller理論，擬Jahn-Teller現象，円錐交差の理論など，骨格となる化学理論を統一的な視点から再検討し，理論化学の現代的な再構築を図ることができた．同様に，1963年に提案され今も代表的な化学結合論とみなされているRuedenberg理論を超えた，理論的に不変な化学結合論の構築を行うことができた．

Open 発 の chemistry in the "super ボ ル ン · オ ッ ペ ン ハ イ マ ー chemistry", あ る い は "not broken hot electron dynamics theory" で dominate さ れ の る field theory を よ り general に demean し, nucleus の dynamic き と period し て electronic wave number of masato が be time - move す る others child を directly 観 る methodology explore the し を new た な combining theory, theory of reverse 応, The theory of electronic states に is related to する chemical concepts <s:1> deepening と応 using を lines って る る る. こ れ に よ り 従 to を の chemical theory of super え る, new た な chemistry で の chemical anti 応 の suppression や complex 雑 な phenomenon の qualitative な を refers to words し て い る. Before getting の の research core と な る な chemical combination of 徴 の nature と そ の complex 雑 an electronics が as り out の す anti 応 pioneering を central と し て in め て お り, this topic の start か ら this year に か け て, qualitative research achievements に colorful な が must ら れ た. Youdaoplaceholder0, future research will be carried out in <s:1> ため, となる, となる, となる, the progress of basic research in となる, <s:1> て, る, る. Example えば, (1) molecular <s:1> all-electron · atomic nucleus を containing む all-quantum dynamics <e:1> ため <s:1> time-dependent variation theory (Maupertuis-Hamilton <s:1> principle of quantum mechanics) <s:1> construction, (2) chemical anti応 における non-thermic スピ flow beam <e:1> theory Theory of quantum mechanics (3) the Huygens の に よ る Gauss beam の inflexion, partial wave, ト ン ネ ル phenomenon is の theory, (4) the hot electron dynamics と really broken rate process theory の masato の interpret even sex, (5) I 々 が open 発 し た エ ネ ル ギ ー natural orbit に よ る ultradensely Gao Li up electronic state に お け る dynamic chemical combination of の parsing, Youdaoplaceholder0 である である. The broken hot electron dynamics analytical theory と の し て raw ま れ た ネ ル ギ ー natural orbital theory の specific な 応 with に よ っ て, published 70 mesh の remember の に when た る fukui modest a の フ ロ ン テ ィ ア orbital theory か ら out 発 し て, Woodward - Hoffmann banned 応, Jahn Teller theory, Quasi Jahn Teller phenomenon, has drifted back towards &yen; theory of cone a job の な ど, bone と な る を unified な chemical theory viewpoint か ら again beg し 検, theoretical chemistry の modern な to construct を 図 る こ と が で き た. With others in に, 1963 に proposal さ れ today も representative と な chemical combination of theory み な さ れ て い る Ruedenberg theory を super え た, theory of に - not な の chemical combination theory to construct line を う こ と が で き た.

项目成果

Nonadiabatic dynamics and quantum chemistry

非绝热动力学和量子化学

• 发表时间: 2021
• 作者: Fall 2021National ACS meeting (August 22-26;2021) Symposium “Prominent ideas in quantum chemistry”;online Kazuo Takatsuka
• 通讯作者: online Kazuo Takatsuka

Real-time electron dynamics in molecular charge separations

分子电荷分离中的实时电子动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: Tu Y.;Zhu P. L.;Li G.;Ouyang Q. L.;Chang H.;Zhou F. R.;Shimizu Y.;Inoue K.;Nagai Y.;Sun R.;Wong C. P.;Kazuo Takatsuka
• 通讯作者: Kazuo Takatsuka

Electron dynamics in molecular elementary processes and chemical reactions

分子基本过程和化学反应中的电子动力学

• DOI: 10.1246/bcsj.20200388
• 发表时间: 2021
• 期刊: Bull. Chem. Soc. Jpn
• 作者: Kazuo Takatsuka

Spin current in chemical reactions

化学反应中的自旋流

• DOI: 10.1016/j.cplett.2022.139462
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chem Phys. Lett.
• 作者: Parker R. A.;Dontschuk N.;Sato S.-I.;Lew C. T.-K.;Reineck P.;Nadarajah A.;Ohshima T.;Gibson B. C.;Castelletto S.;McCallum J. C.;Johnson B. C.;Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka
• 通讯作者: Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka

フロンティア軌道理論の70年： 電子相関と非断熱相互作用の下の反応論へ

前沿轨道理论70年：走向电子关联和非绝热相互作用下的反应理论

• 发表时间: 2021
• 作者: 青木孝太，神田康平，大嶋晃人，児玉慶太，濵田颯太，梨本健太朗，一柳優子;高塚和夫・新崎康樹
• 通讯作者: 高塚和夫・新崎康樹