リアルな大規模分子系に向けた局在化軌道を用いた高精度な理論の開発と応用

使用局域轨道进行现实大型分子系统的高精度理论的开发和应用

基本信息

批准号：
16750012
负责人：
中尾嘉秀
金额：
$ 2.56万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

大規模分子系に対する高精度理論計算は、分子サイズの5乗以上に依存して計算コストが増大するために非常に困難である。そこで、局在化軌道を用いた電子状態理論が動的電子相関を低コストで効率的に取り込むことができるため、近年興味が持たれている。本来、動的電子相関は電子同士の近接効果から生じるため、分子全体に拡がった軌道より局在化した軌道を用いた方が効率的に取り込める。本研究では局在化軌道を用いたMoller-Plesset2次摂動法(Local MP2法)とその並列化プログラムの開発とその応用を行った。電子相関を見積もる際に、電子相関の局所性を利用してoccupied軌道から近接するvirtual軌道にのみ電子を励起させる。この際に、occupied軌道から2.OÅ離れたvirtual軌道までを含めた結果、タキソールで10%程度のvirtual軌道を用いるだけで電子相関の約98%を見積もり、計算時間は通常のcanonical MP2法の10分の1以下となり、非常に効率よく電子相関を取り込むことができた。その他の分子に対しても、通常のcanonical MP2法の98〜99%の電子相関を見積もることが明らかになった。しかしながら、現状の方法では電子相関を取り込む有効領域のサイズの変化が起きる場合に、滑らかなポテンシャル面を描くことは難しく、0.001 hartree程度の不連続となる面が生じる問題があり、依然として改良の余地が残っている。また、本研究で開発されたプログラムは完全に並列化されており、2000基底を含む分子系まで適用が可能である。局在化軌道を用いた摂動法の理論と並列化プログラムの開発により、大規模分子系への高精度理論計算の道を拓いた。

对于大规模分子系统的高度准确的理论计算非常困难，因为计算成本的增加，具体取决于第五功率以上的分子大小的功率。因此，近年来，使用局部轨道的电子状态理论一直引起人们的兴趣，因为它可以以低成本有效地合并动态电子相关性。最初，动态电子相关性来自电子之间的接近效应，因此，局部轨道可以比散布在整个分子中的轨道更有效地合并。在这项研究中，我们使用局部轨道及其并行化程序开发并应用了Moller-Plesset二次扰动方法（本地MP2方法）。当估计电子相关性时，电子相关性的局部性仅用于在占领轨道附近的虚拟轨道中激发电子。目前，作为距离被占领轨道2.oå的虚拟轨道，我们估计通过使用紫杉醇约为10％的虚拟轨道，我们估计了大约98％的电子相关性，并且计算时间少于通常的规范MP2方法的十分之一，使我们的电子相关性捕获了非常有效的电子相关性。已经揭示了98-99％规范MP2方法的电子相关性也可以估计其他分子。但是，在当前方法中，当有效区域的大小结合了电子相关性变化时，很难绘制平稳的电势表面，并且存在一个问题，即面部不连续约0.001 Hartree，并且仍然有改进的余地。此外，这项研究中开发的程序是完全并行的，可以应用于包含2000个碱基的分子系统。使用局部轨道和并行化程序的开发的扰动方法理论为大型分子系统的高精度理论计算开辟了道路。