超流動液体ヘリウム内の化学的過程に関する理論的研究

超流液氦化学过程的理论研究

• 批准号: 12740314
• 负责人: 三浦 伸一
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (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/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740314/
• 关键词: 超流動; 液体ヘリウム; 経路積分; 分子動力学法; 置換の擬ポテンシャル; ハイブリッドモンテカルロ; 非経験的分子軌道法; 水

極低温での溶液内化学反応および原子分子の分光実験が現在精力的に行われている。特に溶媒として超流動ヘリウムを用いた実験が行われており、量子効果に由来する様々な"奇妙な"化学的なプロセスが観測されている。本研究の目的はこのような超流動ヘリウム内での原子分子の溶媒和および化学反応の分子論的な描像を確立することにある。本年度は、超流動ヘリウムを記述しうる方法論の開発を行った。液体ヘリウムの超流動性には粒子のスピンに由来する統計性(この場合はポーズ統計)を適切に考慮することが極めて重要である。昨年度本研究課題で開発した量子統計の効果を表現する"置換の擬膨ポテンシャル"を高次の近似に対して拡張した。モデル計算により、ヘリウムのような分子系で擬ポテンシャルは有効に働くことを示した。さらに、分子間相互作用をモデルポテンシャルに依らず、第一原理から求め量子系のシミュレーションを行う方法を開発した。化学反応に典型的な結合の組替えがある場合は、モデルポテンシャルでこのプロセスを表現することは一般に難しく、第一原理から求めることが望ましい。昨年度開発した非経験的分子軌道法と経路積分法を結合した分子動力学法の厳密な定式化を行い、分極率の計算などの一般化への道を開いた。

目前，在极低的温度下，在原子分子上进行了溶液和光谱实验的化学反应。特别是，已经使用超流体氦作为溶剂进行了实验，并且已经观察到了从量子效应得出的各种“奇怪”化学过程。这项研究的目的是建立这种超流体氦气中原子分子的溶剂化和化学反应的分子理论。今年，我们开发了一种可以描述超流体氦气的方法。考虑从粒子自旋得出的适当的统计特性（在这种情况下为暂停统计）非常重要。表达去年在本研究主题中开发的量子统计效果的“替代的伪扩张潜力”已扩展到高阶近似值。模型计算表明，伪电势在氦等分子系统中有效工作。此外，我们已经开发了一种通过从第一个原理找到分子间相互作用（无论模型电位如何）来模拟量子系统的方法。当化学反应中存在典型的键重组时，通常很难用模型潜力表达此过程，并且希望从第一个原理找到它。分子动力学方法的严格公式结合了去年开发的无实验分子轨道方法和路径积分方法，为极化计算的概括铺平了道路。

项目成果

K.Shinoda: "A molecular approach to quantum fluid, based on a generalized Ornstein-Zernike infernal equation"J. Chem. Phys.. 114. 7497-7505 (2001)

K.Shinoda：“基于广义 Ornstein-Zernike 地狱方程的量子流体分子方法”J.

K.Shinoda: "A generalized Ornstein-Zernike integral equation study of atomic impurities in quantum fluid"J. Chem. Phys.. 115. 4161-4168 (2001)

K.Shinoda：“量子流体中原子杂质的广义 Ornstein-Zernike 积分方程研究”J。

M.Shiga: "Ab-initio molecular orbital calculation considering the quantum mechanical effect of nuclei by path integral molecular dynamics"Chemical Physics Letters. 332. 396-402 (2000)

M.Shiga：“通过路径积分分子动力学考虑原子核量子力学效应的从头算分子轨道计算”《化学物理快报》。

N.Yoshii: "A molecular dynamics study of dielectric constant of water"Chem. Phys. Lett.. 345. 195-200 (2001)

N.Yoshii：“水介电常数的分子动力学研究”Chem。

S.Shiga: "A unified scheme for ab initio molecular orbital theory and path integral molecular dynamic"J. Chem. Phys.. 115. 9149-9159 (2001)

S.Shiga：“从头算分子轨道理论和路径积分分子动力学的统一方案”J。