全電子混合基底第一原理分子動力学法による分子設計・物質設計

使用全电子混合基础第一性原理分子动力学方法进行分子设计和材料设计

基本信息

批准号：
12042209
负责人：
大野かおる
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (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

项目摘要

本研究では、密度汎関数理論(DFT)の局所密度近似(LDA)に基づき、1電子波動関数を原子軌道関数と平面波の重ね合わせとして表わす効率的な第一原理計算手法として全電子混合基底法を開発し、ユーザフレンドリーな分子設計支援システムとして完成させた。これを用いて、第一原理分子動力学法によるフラーレンへの異種原子挿入過程をシミュレーションするとともに、Ni4,Ni6と酸素分子やメタノール分子との衝突過程を調べた。ところで、DFTは基底状態を良く記述するものの励起状態には適用できない。DFTの枠組みを越えて多体問題の自己エネルギーを扱うGW近似を組み入れることにより、準粒子エネルギーを精度良く計算することができる。我々は、全電子混合基底法にGW近似を組み入れ、Lin, Nan, Kn(n=2〜8)、Mgn, SinクラスターやCO分子などの系のイオン化ポテンシャルと電子親和力を求めることに成功した。また、エキシトン効果を取り入れた光吸収スペクトルの計算も試みた。一般に、化学反応は電子励起状態を経由することで多様な反応経路を取り得る。我々は、電子励起状態における原子ダイナミックスを追跡するために、全電子混合基底法に、時間に依存するKohn-Sham方程式を積分しながら分子動力学シミュレーションを行うルーチンも組み入れ、H$_2$+Li$_2$の反応を追跡した。基底状態から出発した場合には、二つの分子は分子内振動を繰り返しながら反発し合うが、励起状態では2LiHへの組み替え反応が起こることを明らかにした。反応の電子論的ピクチャーについて説明するとともに、この種の化学反応における、自発的原子移動による電子励起状態からの自然緩和機構およびその逆過程として、原子衝突による電子の自然励起機構を提案した。励起状態を経由した原子ダイナミックスの制御の問題への具体的な方法論が完成したといえる。

在这项研究中，基于密度功能理论（DFT）的局部密度近似（LDA），我们开发了一种全电子混合基碱方法作为一种有效的第一原理计算方法，其中单电子波函数以原子轨道函数的覆盖层表示，并作为平面波和IT作为用户友好的形成型形成的设计支持系统。使用这种方法，我们使用第一原理分子动力学模拟了将杂原子插入富勒烯的过程，并研究了Ni4和Ni6和氧分子和甲醇分子之间的碰撞过程。顺便说一句，DFT很好地描述了基态，但不能应用于激发状态。通过合并DFT框架以外的多体问题的自我能源的GW近似，可以以高精度计算准粒子能量。我们已经将GW近似值纳入了整个电子混合碱方法中，并成功地确定了诸如Lin，NAN，KN（n = 2-8），MGN，SIN簇和CO分子等系统的电离势和电子亲和力。我们还尝试计算融合激子效应的光吸收光谱。通常，化学反应可以通过电子激发态采用多种反应途径。为了跟踪电子激发态中的原子动力学，我们还合并了一个程序，用于执行分子动力学模拟，同时将时间依赖性的kohn-sham方程整合到全电子混合基准方法中，并跟踪H $ _2 $ _2 $+li $ _2 $的反应。据透露，从基态开始时，两个分子彼此反复振荡，但在激发态下，会发生重组反应2liH。除了解释反应的电子图像外，我们还提出了由于原子碰撞而引起的电子激发机制，作为由于自发原子转移而引起的电子激发态的自然松弛机制，反之亦然。可以说，通过激发态控制原子动力学问题的具体方法已经完成。