分子性固体の光物性予測のためのオーダーN量子分子動力学法の開発

开发用于预测分子固体光学性质的 N 阶量子分子动力学方法

基本信息

批准号：
06F06065
负责人：
青木百合子
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

大規模系における局所励起状態を効率よく実験値を再現するための量子化学的方法を開発し、巨大有機分子に応用した。量子化学的手法を用いて、クロモファー中心をもつ巨大高分子系において、特に非線形光学効果を含める光物性を効率よく抽出する方法を開発するとともに、電子相関効果を導入する方法を考案し、各種スペクトル解析が可能となるよう発展させることが目的であった。クロモファー中心などのスペクトロスコピーを計算によって求めるための応用として、高分子鎖の近傍に局所的に存在する分子のもとで、高分子鎖の構造最適化を行った。次に、両末端から伸長したオリゴマーの領域局在化軌道(RLMO)を、最後に中心部でCADMAなど他の分子と連結した上で、その部分のRLMOを抜き出してQOPという半経験的にスペクトロスコピーを計算するためのプログラムにデータを送るためのアルゴリズムを開発した。クロモファー中心における励起状態を、領域局在化軌道基底で小さな配置間相互作用行列を対角化することにより、局所的に効率よく計算することを可能とするGAMESS-Elongatior-QOPプログラムを完成させた。半経験的であるが局所的な励起を有する系に対して超効率的に励起エネルギー等が求められるようになったため、本方法により種々の巨大分子に対して励起エネルギーおよび振動子強度を計算した。従来法による全系計算と比較したところ、非常に良好な結果が得られたため論文発表を行った。さらに本方法を分子動力学法であるTinkerというプログラムと結合させ、Elongation法により量子化学的に計算した電子状態から力の乗数を分子動力学法プログラムに送り込み、周期境界条件を課したダイナミクス計算からスペクトルの振動子強度の分布を時々刻々シミュレーションができる手法を構築した。統計的な処理と量子化学励起状態計算を組み合わせる手法をプログラム化し、トリプトファンやエストロゲン、その他、クロモファー中心となる種々の有機分子を高分子にトラップさせた系に対して適用したところ、実験値と良好に対応するスペクトル曲線が得られたため論文公表を行った。

我们开发了一种量子化学方法，可以有效地重现大规模系统中局部激发态的实验值，并将其应用于大型有机分子。利用量子化学方法，我们开发了一种在具有发色团中心的巨型聚合物系统中有效提取光学特性（包括非线性光学效应）的方法，并设计了一种引入电子相关效应的方法，并开发了各种光谱。它可以被分析。作为计算发色团中心等光谱的应用程序，我们根据聚合物链附近局部存在的分子对聚合物链进行结构优化。接下来，从两端延伸的低聚物的区域定域轨道（RLMO）最终连接到中心的另一个分子（例如CADA），提取该部分的RLMO并使用半经验光谱上称为QOP的方法。将数据发送到程序以计算范围的算法。我们已经完成了 GAMESS-Elongatior-QOP 程序，该程序可以通过在区域局部轨道基础上对角化小型互构相互作用矩阵来局部有效地计算发色团中心的激发态。虽然它是半经验的，但对于具有局部激发的系统来说，已经可以非常有效地找到激发能等，因此该方法被用来计算各种大分子的激发能和振荡强度。与传统方法的整个系统计算相比，得到了很好的结果，因此发表了论文。此外，该方法与分子动力学方法Tinker程序相结合，将力乘数从使用伸长法量子化学计算出的电子状态发送到分子动力学程序，并进行具有周期性边界条件的动力学计算我们开发了一种可以模拟频谱中振荡器强度不时分布的方法。当我们编写了一种结合统计处理和量子化学激发态计算的方法并将其应用于色氨酸、雌激素和其他发色团等各种有机分子被捕获在聚合物中的系统时，结果与实验值非常吻合。由于我们得到了对应的光谱曲线，所以我们发表了这篇论文。