光に誘起される核-電子相関分子ダイナミクスのための第一原理シミュレータの開発

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本研究は、高強度・超高速レーザーパルス下の核-電子が相関した分子ダイナミクスの第一原理計算を実現することを目的として、核-電子相関ダイナミクスを現実的な計算コストで扱える波動関数理論の開発と数値シミュレーションのための実装を行うものである。本年度はTD-CASSCF法とDD-vMCG法を融合した分子のための波動関数理論の開発を主に行った。TD-CASSCF法は時間的に状態が変化しないコア電子とアクティブ電子の導入により多電子波動関数を効率良く計算するための時間依存波動関数理論であり、DD-vMCG法は核-電子波動関数を多次元ガウス関数により記述した核波動関数と電子の定常状態波動関数の直積の重ね合わせで記述する理論である。DD-vMCG法の電子波動関数部分を単純にTD-CASSCF波動関数に置き換えることで、2つの理論の統合が行えるが、核が運動する場合を考えると、TD-CASSCF法のコア電子の状態が一切変化できないのは物理的に不自然である。そこで、核波動関数の運動に合わせて、コア電子波動関数の中心位置を新たに自由度として加えたAnsatzを構築した。これによって核に追随して運動するコア電子+自由に運動できるアクティブ電子という描像を持つ波動関数モデルを開発することができた。また核-電子間の相互作用であるクーロンポテンシャルは特異点を持ち、数値計算では非常に扱いづらい。これを特異点がなく、なめらかなポテンシャルであるerfgauポテンシャルに置き換えることで、基底状態計算はコストを下げながら精度の良いシミュレーションが可能であることが知られていたが、本研究ではそれを激しいイオン化や励起を伴う時間発展計算にも応用可能であることを実証した。これは本研究がターゲットとする第一原理計算の計算コストを軽減する手法の一つとなり得る。