ランタノイド・アクチノイド化合物の物性解明を目指した新規相対論的分子軌道法の開発

开发一种新的相对论分子轨道方法，旨在阐明镧系元素和锕系元素化合物的物理性质

• 批准号: 10J01657
• 负责人: 戎崎 遼
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J01657/
• 关键词: 相対論的量子化学計算; MCSCF法; 多参照摂動論; 重原子化合物

ランタノイドやアクチノイドのような重い原子を含む化合物を電子状態理論で取り扱うためには,電子相関効果と相対論効果の双方が重要となる。相対論的な電子相関理論には特有の困難さがあり,特に多電子波動関数の基となる1電子波動関数を扱う理論はほとんど開発されてこなかった。本研究では,非相対論で開殻系分子や化学反応を扱う際の重要な1電子波動関数理論であるMCSCF法を相対論に拡張し,そのプログラムコードを開発する事を目的としている。本年度はまず,非相対論においてα,βスピンの軌道エネルギーを異なるものとして扱う非制限型の方法に対応する,Kramers-unrestrictedな相対論MCSCFの方法論を導出した。MCSCF法を実行する過程でNewton-Raphson方程式というエネルギーの微分方程式を解く必要があるが,厳密解を得るには次元数の3乗の計算コストがかかり,現実的でない。そこで,非相対論で用いられている解決法のひとつで,線形方程式を固有値問題に置き換えて近似するAugmented-Hessian法を複素数値関数に拡張する事で,より低いコストで計算を行う事を可能とした。また,今回開発した手法で構築した1電子波動関数を多電子波動関数理論である相対論GMC-QDPTで利用できるようなプログラムを開発した。開発した手法を用いて,単結合・三重結合二原子分子のポテンシャル曲線およびI_2分子の垂直励起エネルギー計算を行った。その結果,これまで用いられてきた最も単純な1電子波動関数であるHartree-Fock波動関数を用いた場合と比べ,より定量的に実験値を再現する計算結果が得られた。この結果は,今回開発した手法を用いる事で相対論においても非相対論と同様に,化学反応系等のより広範な応用範囲で高精度な量子化学計算を実行する事が可能となった事を示している。

The electronic state theory of compounds containing atoms is very important for the electronic correlation theory. The relative theory of electron correlation has its own difficulties, especially the theory of multi-electron ratio correlation. In this study, the MCSCF method was developed for the purpose of non-phase theory, which is an important part of the molecular and chemical reactions of open shell systems. This year, the methodology of Kramers-unrestricted phase theory MCSCF was developed. MCSCF method to implement the process of Newton-Raphson equation, the differential equation to solve the necessary, the secret solution to obtain the number of dimensions, the calculation of the three, the implementation of the process. For example, in the case of non-phase theory, the solution of linear equations is set to approximate the Augmented-Hessian method and the complex prime number is set to calculate the problem. The theory of multiple electron ratio correlation is developed by using the GMC-QDPT method. The development method was used to calculate the complex curves of single and triple bound diatomic molecules and the vertical excitation curves of I_2 molecules. The results of this calculation were obtained by using the Hartree-Fock ratio correlation. The results show that the application of quantum chemistry calculation with high accuracy is possible in the case of chemical reaction systems, such as chemical reaction systems, etc.

项目成果

Parallel Implementation of the Four- Component Relativistic Quasidegenerate Perturbation Theory with General Multiconfigurational Reference Functions

四分量相对论拟边生成微扰理论与一般多配置参考函数的并行实现

• DOI: 10.1021/ct2000205
• 发表时间: 2011
• 期刊: J. Chem. Theory Comp
• 作者: R. Ebisuzaki;Y. Watanabe;Y. Kawashima;H. Nakano
• 通讯作者: H. Nakano