不均一溶液内反応ダイナミクスの分子理論

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本年度は不均一溶液におけるダイナミクスの解析を目的に，エネルギー表示の新規ダイナミクス理論を定式化し，代表的な非平衡過程である溶媒和ダイナミクスへと適用した．生体分子近傍や固液界面といった不均一系における分子ダイナミクスは生化学や光化学等の多くの分野において重要な過程である．これらの現象を分子レベルから理解するための方法論として，分子動力学計算による方法と統計力学理論による方法が代表的である．一般に，分子間の相対的な運動を取り扱う際には分子の相対位置と相対配向の合計6次元の情報が必要であるが，このような高次元の変数をあらわに扱うことは非常に困難である．そのため，先行研究では配向を平均化する方法が用いられてきた．しかしながら，配向の平均化によって，不均一系や複雑分子の取り扱いは困難となる．そこで，本研究では平衡溶液論の1つであるエネルギー表示溶液理論に着目した．エネルギー表示溶液理論では分子の相対配置と相対配向を分子間相互作用ポテンシャル(エネルギー座標)に射影することで次元削減を行い，エネルギー座標上における分布関数を用いた定式化が行われる．本年度は従来のエネルギー表示溶液理論を非平衡過程へと拡張することを試みた．この研究により，非平衡統計力学の方法を用いれば通常のデカルト座標系における拡散方程式と同様の方程式がエネルギー座標上でも得られることが示された．新たに得られたエネルギー座標上の拡散方程式にはインプットパラメータが含まれるが，これらは分子動力学計算から比較的容易に算出可能である．この新規理論を代表的な非平衡過程である溶媒和ダイナミクスへと適用することで新規理論が長時間領域のダイナミクスを記述可能であることを示した．