全電子混合基底第一原理分子動力学法による分子設計・物質設計

使用全电子混合基础第一性原理分子动力学方法进行分子设计和材料设计

• 批准号: 12042209
• 负责人: 大野 かおる
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12042209/
• 关键词: 全電子混合基底法; 第一原理分子動力学法; フラーレン; 内包フラーレン; GW近似; 電子励起状態; 時間依存シュレディンガー方程式; 分子設計支援システム

本研究では、密度汎関数理論(DFT)の局所密度近似(LDA)に基づき、1電子波動関数を原子軌道関数と平面波の重ね合わせとして表わす効率的な第一原理計算手法として全電子混合基底法を開発し、ユーザフレンドリーな分子設計支援システムとして完成させた。これを用いて、第一原理分子動力学法によるフラーレンへの異種原子挿入過程をシミュレーションするとともに、Ni4,Ni6と酸素分子やメタノール分子との衝突過程を調べた。ところで、DFTは基底状態を良く記述するものの励起状態には適用できない。DFTの枠組みを越えて多体問題の自己エネルギーを扱うGW近似を組み入れることにより、準粒子エネルギーを精度良く計算することができる。我々は、全電子混合基底法にGW近似を組み入れ、Lin, Nan, Kn(n=2〜8)、Mgn, SinクラスターやCO分子などの系のイオン化ポテンシャルと電子親和力を求めることに成功した。また、エキシトン効果を取り入れた光吸収スペクトルの計算も試みた。一般に、化学反応は電子励起状態を経由することで多様な反応経路を取り得る。我々は、電子励起状態における原子ダイナミックスを追跡するために、全電子混合基底法に、時間に依存するKohn-Sham方程式を積分しながら分子動力学シミュレーションを行うルーチンも組み入れ、H$_2$+Li$_2$の反応を追跡した。基底状態から出発した場合には、二つの分子は分子内振動を繰り返しながら反発し合うが、励起状態では2LiHへの組み替え反応が起こることを明らかにした。反応の電子論的ピクチャーについて説明するとともに、この種の化学反応における、自発的原子移動による電子励起状態からの自然緩和機構およびその逆過程として、原子衝突による電子の自然励起機構を提案した。励起状態を経由した原子ダイナミックスの制御の問題への具体的な方法論が完成したといえる。

This study で は, density masato number theory (DFT) の bureau density approximation (LDA) に づ き, 1 electronic wave count を atomic orbital masato masato と plane wave の heavy ね close わ せ と し て table わ す sharper rate な first principle calculation technique と し て full electronic hybrid method of basal を open 発 し, ユ ー ザ フ レ ン ド リ ー な molecular design support シ ス テ ム と し て complete さ せ Youdaoplaceholder0. こ れ を with い て, the first principle molecular dynamics method に よ る フ ラ ー レ ン へ の heterogeneous atoms grip into the process を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る と と も に, Ni4, Ni6 と acid molecule や メ タ ノ ー ル molecular と の conflict process を adjustable べ た. Youdaoplaceholder0 に ろで ろで, DFT <s:1> base state を good く description する する qilu qilu excitation state に に applicable で な な な と. DFT の 枠 group み を more え て multi-body issue の エ ネ ル ギ ー を Cha う GW approximate み を group into れ る こ と に よ り, quasiparticle エ ネ ル ギ ー を good く calculation precision す る こ と が で き る. I 々 は, full electronic hybrid method of basal に GW approximate を み into れ, Lin, Nan, Kn (n = 2 ~ 8), Mgn, Sin ク ラ ス タ ー や CO molecules な ど の is の イ オ ン change ポ テ ン シ ャ ル と electron affinity を o め る こ と に successful し た. Youdaoplaceholder0, エキシト, エキシト effect を take また into れた light absorption スペ ト ト ト <s:1> calculation みた test みた. General に, chemical 応 は electronic excited state を 経 by す る こ と で others more な anti 応 る を take り 経 road. I 々 は, electronic excited state に お け る atomic ダ イ ナ ミ ッ ク ス を tracing す る た め に に, full electronic mixed に basal method, time dependent す る Kohn - Sham equation を integral し な が ら molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line う ル ー チ ン み into れ も group, H + Li $_2 $$_2 $の anti 応 を tracing し た. Basal state か ら out 発 し た occasions に は, two つ の は molecules in vibration を Qiao り return し な が ら anti 発 し close う が, excitation state で は 2 lih へ み の group for え anti 応 が up こ る こ と を Ming ら か に し た. Theory of reverse 応 の electronic ピ ク チ ャ ー に つ い て illustrate す る と と も に, こ の の anti chemical 応 に お け る, since 発 atoms move に よ る electronic excited state か ら の natural ease institutions お よ び そ の inverse process と し て, atomic conflict に よ る electronic の natural wound up institutions を proposal し た. Wound up state を 経 by し た atomic ダ イ ナ ミ ッ ク ス の suppression の problem へ の specific methodology な が complete し た と い え る.

项目成果

T.Ohtsuki, K.Ohno, K.Siga, Y.Kawazoe, H.Yuki: "Se atom incorporation in fullerens by using nuclear recoil and ab-initio molecular dynamics simulation"Phys.Rev.. B65. 73402:1-73402:5 (2002)

T.Ohtsuki、K.Ohno、K.Siga、Y.Kawazoe、H.Yuki：“利用核反冲和从头算分子动力学模拟将 Se 原子掺入富勒伦”Phys.Rev.. B65。

S.Ishii, K.Ohno, Y.Kawazoe, S.G.Louie: "Ab initio GW quasiparticle energies of small sodium clusters by an all-electron mixed-basis approach"Phys.Rev.. B63. 115104:1-115104:6 (2001)

S.Ishii、K.Ohno、Y.Kawazoe、S.G.Louie：“通过全电子混合基础方法从头计算小钠簇的 GW 准粒子能量”Phys.Rev.. B63。

T.Ohtsuki, K.Ohno, K.Siga, Y.Kawazoe, Y.Maruyama, K.Shikano, K.Masumoto: ""Formation of Sb- and Te-doped fullerenes by using nuclear recoil and molecular dynamics simulations""Phys. Rev.. B64. 125402:1-125402:5 (2001)

T.Ohtsuki、K.Ohno、K.Siga、Y.Kawazoe、Y.Maruyama、K.Shikano、K.Masumoto：“利用核反冲和分子动力学模拟形成 Sb 和 Te 掺杂富勒烯”“Phys

T.Ohtsuki and K.Ohno: "Chapter 7 : The Study of Endohedral Fullerenes and Heterofullerenes by Nuclear Recoil and MD Simulation"Nuclear and Radiochemical Approaches to Fullerene Sciences, edited by T.Braun (Kluwer Academic, Amsterdam). 137-156 (2000)

T.Ohtsuki 和 K.Ohno：“第 7 章：通过核反冲和 MD 模拟研究内嵌富勒烯和杂富勒烯”富勒烯科学的核和放射化学方法，由 T.Braun（Kluwer 学术出版社，阿姆斯特丹）编辑。

Q.Sun, Q.Wang, J.Z.Yu, K.Ohno, Y.Kawazoe: "First-principles studies on pure and doped C_<32> clusters"J.Phys.Condens.Matter. 13. 1931-1938 (2001)

Q.Sun、Q.Wang、J.Z.Yu、K.Ohno、Y.Kawazoe：“纯和掺杂 C_<32> 团簇的第一性原理研究”J.Phys.Condens.Matter。