超効率的超分極率計算方法の開発と周期性および非周期性巨大ナノ系への応用

超高效超极化率计算方法的发展及其在周期性和非周期性巨纳米系统中的应用

基本信息

批准号：
06F06340
负责人：
青木百合子
金额：
$ 1.92万
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

ランダム高分子の効率的高精度計算のためのElongation法によって、非線形光学特性を分子軌道論に基づく量子化学的な手法で、ポリアセチレンとその誘導体、ポリジアセチレンとその末端や側鎖におけるドナーおよびアクセプター置換体の誘導体など種々の大規模系に適用を行った。そのために、Elongation法にFinite-Field法を組み込んだElongation-Finite Field(ELG-FF)法により、ポリジアセチレン(PDA)と2種類の側鎖をもつPDA誘導体の非線形光学(NLO)特性を計算した。側鎖として-NH2を側鎖にもつ部分のユニット数(n)と-NO2を側鎖にもつユニット(m)においてn=m=1およびn=m=2の場合に対して計算し、従来のGAMESSと10^<-8>Hartree/atomのオーダーで全エネルギーが一致することを確かめた。次に、Finite-Field法による(超)分極率α、β、γにおいてGAMESS-Elongation法と従来のGAMESSで比較したところ、電場に対する高次の微分であるにも関わらず良好な一致をみた。次に、PDA2本鎖によるラダー高分子に対しても同様の計算を行った。Gaussian 03による周期境界条件を用いたPBC計算により構造最適化を行い中心部の構造をそのままElongation法による高分子鎖の計算のための構造とした。エネルギーにおける誤差は、7個のユニットを出発クラスターとして伸長した場合、〜10^<-8>Hartree/atomとほぼ完壁であることを確認した。さらに、PDAの側鎖としてドナーとアクセプターの側鎖が交互に向き合った電荷移動型高分子2本鎖についてもGAMESS-Elongation法によって計算し、ドナー側鎖とアクセプター側鎖の間の電荷移動量とNLO特性の関連を調べた。一方、巨大π共役系への展開としてBとNが混入したカーボンナノチューブに対してElongation法を用いて電子状態を計算し、混入のパターンとの関係においていくつか興味深い結果を得て論文公表を行った。エネルギーにおける誤差は〜10^<-8>Hartree/atomで与えられることを確認した。ただし問題は、全てカーボン原子からなるときは全系に対する従来法による計算との誤差が少し大きくなることが判明したが、本研究期間内では解決には至らなかった。本方法では複数の結合を境として領域軌道を作成しているので、全てカーボン原子からなる非局在化した系においては、結合部の電子をFrozen側に含めるか、Active側に含めるかが局在化のQualityに影響を与えることがわかった。

通过使用伸长方法进行随机聚合物的有效和高精度计算，非线性光学性能应用于各种大型系统，例如聚乙炔及其衍生物，聚二乙烯及其衍生物，以及基于量子化学技术的终端和侧链，供体和受体取代。为此，通过伸长式 - 芬特球场（ELG-FF）方法计算了将有限场方法纳入伸长方法的延长 - 芬特磁场（ELG-FF）方法，以两个侧链计算了具有两个侧链的Poldiacetylene（PDA）和PDA衍生物的非线性光学（NLO）性质。对以-NH2为侧链的单位（n）单位（n）的数量进行计算，对于侧链（m）n = m = 1和n = m = 2的单元，并确认总能量与10^<-8> hartree/atom的常规频率相吻合。接下来，当使用游戏延误方法和常规游戏中的有限场方法比较（超级）极化α，β和γ时，尽管电场上有较高的阶段分化，但我们发现了良好的一致性。接下来，使用双链PDA对梯子聚合物进行了相同的计算。使用高斯03的周期性边界条件通过PBC计算进行结构优化，并将中心部分的结构直接定义为使用伸长方法计算聚合物链的结构。我们确认，当七个单位扩展为启动簇时，能量误差几乎在〜10^<-8> Hartree/Atom时完成。此外，还通过游戏延长方法计算了供体和受体的侧链相互交替面对供体和受体的侧链相互交替面对的电荷转移类型聚合物双链，并且研究了供体传递与捐赠者和受体侧链之间的NLO特性之间的关系。另一方面，使用伸长方法计算了与B和N混合的碳纳米管与B和N混合的碳纳米管的计算，并获得了与污染模式相关的几个有趣结果，并发表了论文。已经证实，能量误差在〜10^<-8> Hartree/Atom处给出。但是，发现当所有问题都是由碳原子组成的时，使用常规方法对所有系统进行计算之间的误差会稍大，但是在当前研究期内并未解决。由于该方法创建了具有多个键边界的区域轨道，因此已经发现，在完全由碳原子组成的离域系统中，无论是键的电子是否包含在冷冻的侧面还是在主动方面都会影响定位质量。