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。

目前正在积极开展极低温溶液中的化学反应以及原子和分子的光谱实验。特别是，已经进行了使用超流氦作为溶剂的实验，并观察到了源自量子效应的各种“奇怪”化学过程。本研究的目的是建立超流氦中原子和分子溶剂化以及化学反应的分子理论图景。今年，我们开发了一种可以描述超流氦的方法。对于液氦的超流动性，正确考虑源自粒子自旋的统计数据（在本例中为位姿统计数据）极其重要。我们将去年在该研究项目中开发的表达量子统计效应的“伪体积替代势”扩展到高阶近似。模型计算表明赝势在氦等分子系统中有效发挥作用。此外，我们开发了一种通过从第一原理确定分子间相互作用而不依赖于模型势来模拟量子系统的方法。当化学反应涉及键重组时，通常很难用模型势来表达这个过程，最好从第一原理来计算。我们开发了一种严格的分子动力学方法表述，结合了从头算分子轨道法和去年开发的路径积分法，为极化率计算等方法的推广铺平了道路。

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。