大規模水素結合系の原子核の量子揺らぎを考慮した分子シミュレーション

考虑大规模氢键系统中原子核量子涨落的分子模拟

• 批准号: 16K05676
• 负责人: 川島 雪生
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16K05676/
• 关键词: 電子状態計算; 分子シミュレーション; 水素結合; 原子核の量子揺らぎ; 経路積分分子動力学法; 理論化学; 経路積分; 計算化学; 原子核の量子効果

これまでに、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行った。そして、このプラットフォームを利用することにより京コンピュータにおいて大規模分子シミュレーションが可能となった。新プラットフォームを用いて、低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)のモデル分子で応用計算を行い、PPBPにおけるヒ酸とリン酸の識別できる理由に迫ることができた。新プラットフォームの威力を実証することができた。また、大規模水素結合系の効率の高い分子シミュレーションの実行を実現すべく、経路積分分子動力学(PIMD)法とマルチスケールシミュレーション手法であるHybrid Quantum Mechanics / Molecular Mechanics(QM/MM)法を組み合わせることにより、階層的並列プログラムプラットフォームの深化を図った。プログラムの開発を終え、photoactive yellow protein(PYP)分子の水素結合の性質を明らかにするために、PYP分子の大規模分子シミュレーションを一部実行することができた。さらに、周期境界条件のQM/MM法を開発し、そのプログラムをSMASHソフトウェアに実装した。このプログラムと開発中の階層的並列プログラムプラットフォームと連携させることに成功し、より信頼性の高い分子シミュレーションを実行できるようになった。

こ れ ま で に, High Performance Computer で sharper rate High の い シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line be で き る, molecular scientific computing ソ フ ト ウ ェ ア NTChem と 経 path integral method of molecular dynamics (PIMD) を integration し た class tied プ ロ グ ラ ム プ ラ ッ ト フ ォ ー ム の open 発 を line っ た. そ し て, こ の プ ラ ッ ト フ ォ ー ム を using す る こ と に よ り Beijing コ ン ピ ュ ー タ に お い て large-scale molecular シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が may と な っ た. The new プラットフォ ムを ムを ムを in the presence of プラットフォ て and low barrier hydrotin binding (LBHB) <s:1> indicates が されて る る るperiplasmic phosphate binding protein (PPBP) の モ デ ル molecular で 応 compute を い, PPBP に お け る ヒ acid と リ ン acid の recognition で き る reason に forced る こ と が で き た. The power of the new プラットフォ プラットフォ ム ム を を actual evidence する する とがで た た た た た. ま た, large-scale water element combination is の の sharper rate high Molecular シ い ミ ュ レ ー シ ョ ン の line be を be presently す べ く, 経 path integral method of Molecular dynamics (PIMD) と マ ル チ ス ケ ー ル シ ミ ュ レ ー シ ョ ン gimmick で あ る Hybrid Quantum Mechanics/Molecular Mechanics (QM/MM) method を group み close わ せ る こ と に よ り, class of parallel プ ロ グ ラ ム プ ラ ッ ト フ ォ ー ム の deepen を 図 っ た. プ ロ グ ラ ム の open 発 を え and photoactive yellow protein (PYP) molecular の water element combination の nature を Ming ら か に す る た め に, PYP の large molecules シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を a line be す る こ と が で き た. Youdaoplaceholder0, periodic realm condition <s:1> QM/MM method を development さらに, そ プログラムをSMASHソフトウェアに actual installation た た. こ の プ ロ グ ラ ム と open 発 の class of parallel プ ロ グ ラ ム プ ラ ッ ト フ ォ ー ム と さ link-up せ る こ と に successful し, よ り letter 頼 sex の high molecular シ い ミ ュ レ ー シ ョ ン を line be で き る よ う に な っ た.

项目成果

A path integral molecular dynamics study on intermolecular hydrogen bond of acetic acid-arsenic acid anion and acetic acid-phosphoric acid anion clusters

乙酸-砷酸阴离子和乙酸-磷酸阴离子团簇分子间氢键的路径积分分子动力学研究

• DOI: 10.1002/jcc.25562
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of Computational Chemistry
• 影响因子: 3
• 作者: Kawashima Yukio;Sawada Keisuke;Nakajima Takahito;Tachikawa Masanori
• 通讯作者: Tachikawa Masanori

The reHISS Three-Range Exchange Functional with an Optimal Variation of Hartree-Fock and Its Use in the reHISSB-D Density Functional Theory Method

具有 Hartree-Fock 优化变体的 reHISS 三范围交换泛函及其在 reHISSB-D 密度泛函理论方法中的应用

• 发表时间: 2019
• 期刊: J.Comput.Chem.(Memorial Festschrift for Keiji Morokuma)
• 作者: Bun Chan;Yukio Kawashima and Kimihiko Hirao
• 通讯作者: Yukio Kawashima and Kimihiko Hirao

Long-Range Corrected Density Functional Theory for Extended Systems

扩展系统的长程修正密度泛函理论

• 发表时间: 2017
• 作者: 川島雪生;平尾公彦;Motoyuki Shiga;Y. Kawashima
• 通讯作者: Y. Kawashima

Nuclear Quantum Effect on the Intermolecular Hydrogen Bond of Acetic Acid − phosphorous Acid Anion Cluster: an <b><i>ab initio</i></b> Path Integral Molecular Dynamics Study

核量子效应对乙酸-亚磷酸阴离子簇分子间氢键的影响：<b><i>ab initio</i></b>路径积分分子动力学研究

• DOI: 10.2477/jccj.2016-0043
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Computer Chemistry, Japan
• 作者: Y. Kawashima;K. Sawada;T. Nakajima;M. Tachikawa
• 通讯作者: M. Tachikawa

フラーレンの性質

富勒烯的性质

• 发表时间: 2016
• 作者: 川島雪生;平尾公彦;志賀基之;Y. Kawashima;Motoyuki Shiga;川島雪生
• 通讯作者: 川島雪生