第一原理計算とＸ線自由電子レーザーを用いた構造解析システムの構築

利用第一性原理计算和X射线自由电子激光构建结构分析系统

• 批准号: 12J05357
• 负责人: 大村 訓史
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J05357/
• 关键词: 密度汎関数法; 分子動力学法; 多価イオン; ヨウ化ウラシル; 分子解離; 電子温度; 電子状態計算; 臭化フェノール; 試料崩壊

本研究では、X線自由電子レーザー(X-FEL)照射によって生じる多価イオン化した分子のイオンダイナミクスの解明および、X-FELを用いた構造解析法を構築する目的で、第一原理分子動力学法に基づく計算機シミュレーションを行っている。前年度は、ベンゼン環にOH基と臭素原子が付加した臭化フェーノールの多価イオン化状態(～+10価)における崩壊メカニズムを明らかにした。本年度は、計算に励起状態の効果を取り入れるため、軌道の占有数をより広く分布させ、電子系の温度を上げた計算を行った。さらに、実際にX-FELの実験で用いられたヨウ化ウラシルをターゲットとし、X-FELで実現される高価数イオン化状態のシミュレーションを行い、その分子解離プロセスの詳細を明らかにした。この研究で得られた成果は以下の通りである。臭化フェノールの励起状態を取り入れた計算により、適切な電子温度を選ぶことで、実験結果から予想される解離プロセスをよく再現できることが分かった。さらにヨウ化ウラシルに対する計算から、ヨウ化ウラシルの分子解離メカニズムにも臭化フェノールと同様の価数依存性が存在することが明らかとなった。比較的低価数においては、分子はいくつかのフラグメントに解離する。一方、ある程度高価数以上になると、リングの外縁にある水素、酸素、ヨウ素が多価イオン化と同時に解離する。この結果と臭化フェノールの結果を比較することにより、解離プロセスの分子形状依存性を明らかにした。本研究によって、X線自由電子レーザーを用いた実験における分子の崩壊は非常に複雑であるが、分子を高価数にすることで外縁原子に関しては比較的分子の形状を残した状態で解離するということが分かった。

在这项研究中，我们基于第一原理分子动力学进行了计算机模拟，目的是阐明由X射线游离电子激光器（X-FEL）辐照产生的多电荷离子化分子的离子动力学，并使用X-FEL构建结构分析方法。在上一年，我们阐明了苯酚溴化物的多价电离态（最高+10价）的衰减机制，该机制已添加到苯环和溴原子的苯环中。在今年，为了将激发态的效果纳入计算，我们进行了计算，以更广泛地分布轨道占用率并提高了电子系统的温度。此外，我们靶向碘化尿素，该尿素实际上是在X-Fel实验中使用的，并模拟了用X-Fel实现的高价值电离态，从而揭示了分子解离过程的细节。从这项研究中获得的结果如下：结合苯酚溴化苯酚激发态的计算表明，通过选择适当的电子温度，实验结果可以更好地复制预期的解离过程。此外，碘化尿嘧啶的计算表明，碘化尿嘧啶的分子解离机理具有与苯酚溴化苯酚相同的价依赖性。在相对较低的价值下，分子分离成几个片段。另一方面，当数量达到一定水平的高评估水平时，环的外边缘处的氢，氧气和碘将与多芯电离同时分离。通过将该结果与溴化苯酚的结果进行比较，揭示了解离过程的分子形状依赖性。这项研究表明，尽管在使用X射线游离电子激光器的实验中的分子衰减非常复杂，但是当使分子变得昂贵时，但外缘原子与剩余相对分子形状分离。

项目成果

DFT-MDによる臭素化芳香族分子のクーロン爆発

DFT-MD 溴化芳香族分子的库仑爆炸

• 发表时间: 2012
• 作者: 大村訓史;下條冬樹;八尾誠;大村訓史;大村訓史;大村訓史;Satoshi Ohmura;Satoshi Ohmura;Satoshi Ohmura;大村訓史;大村訓史
• 通讯作者: 大村訓史

Enhanced Charge Transfer by Phenyl Groups at a Rubren e/C60 Interface

Rubren e/C60 界面上苯基基团增强的电荷转移

• DOI: 10.1063/1.4712616
• 发表时间: 2012
• 期刊: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Weiwei Mou;Satoshi Ohmura;Shinnosuke Hattori;Ken-ichi Nomura;Fuyuki Shimojo;Aiichiro Nakano
• 通讯作者: Aiichiro Nakano

Large nonadiabatic quantum molecular dynamics simulations on parallel computers

并行计算机上的大型非绝热量子分子动力学模拟

• DOI: 10.1016/j.cpc.2012.08.001
• 发表时间: 2013
• 期刊: Computer Physics Communications
• 影响因子: 6.3
• 作者: Fuyuki Shimojo;Satoshi hmura;Weiwei Mou;Rajiv K. Kalia;Aiichiro Nakano;Priya ashishta
• 通讯作者: Priya ashishta

第一原理分子動力学法による液体酸素の超高圧下における構造と電子状態

利用第一性原理分子动力学方法研究超高压液氧的结构和电子态

• 发表时间: 2014
• 作者: 大村訓史;土屋卓久;下條冬樹;八尾誠
• 通讯作者: 八尾誠

構造不規則系の非平衡ダイナミクス:第一原理分子動力学シミュレーション(シンポジウム依頼講演)

结构无序系统的非平衡动力学：第一性原理分子动力学模拟（研讨会邀请报告）

• 发表时间: 2013
• 作者: 大村訓史;下條冬樹;八尾誠;大村訓史;大村訓史
• 通讯作者: 大村訓史