月別: 2016年12月

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, A51-A51, by J-STAGE]
<Title:> 特集「量子水素の科学」に寄せて
<Author(s):> 立川　仁典
<Abstract:>
<Keywords:>
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_foreword_15_5/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 119-123, by J-STAGE]
<Title:> ミュオニウム化学反応の新展開
<Author(s):> 高柳　敏幸, 吉田　崇彦
<Corresponding author E-Mill:> tako(at)mail.saitama-u.ac.jp
<Abstract:> 正または負電荷を有するミューオン粒子を用いて，ミュオニウム(0.114 amu) およびミュオニックヘリウム(4.11 amu)と呼ばれる水素原子の同位体をつくりだすことができる．これを利用することによって，H/D/Tを超えた質量比の同位体効果を観測することができ る．ミュオニウムはその小さな質量のため，化学反応系の水素原子がミュオニウムに置換されると，ゼロ点振動エネルギーやトンネル効果による大きな 量子効果を示す．また，反応経路そのものが変化する例や，遷移状態が安定化する特異な現象も存在する．
<Keywords:> Muon, Muonium, Muonic helium, Isotope effect, Nuclear quantum effect, Vibrational bonding
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0006/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 148-154, by J-STAGE]
<Title:> 核・電子軌道法における原子核軌道エネルギーとプロトン束縛エネルギー計算
<Author(s):> 五十幡　康弘, 中井　浩巳
<Corresponding author E-Mill:> nakai(at)waseda.jp
<Abstract:> 核・電子軌道 (NOMO) 法は，原子核に対して軌道の概念を導入した量子化学理論である．NOMO法におけるHartree-Fock (HF)方程式の解として得られる原子核軌道エネルギーは，全エネルギーや軌道そのものと比較して注目されていない．本論文では，NOMO法における原子 核軌道エネルギーの物理的意味とpost-HF理論への応用を述べる．特に，最近開発されたプロトンプロパゲーター法による束縛エネルギーの見積 りについて，計算例を含めて紹介する．
<Keywords:> Nuclear orbital plus molecular orbital method, Nuclear orbital energy, Proton propagator method, Proton binding energy, Divide-and-conquer method
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0011/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 192-198, by J-STAGE]
<Title:> Ionic Hydrogen Bonding Vibration in OH^–(H₂O)_2-4
<Author(s):> Masato MORITA, Kaito TAKAHASHI
<Corresponding author E-Mill:> kt(at)gate.sinica.edu.tw
<Abstract:> Focusing on the OH^–(H₂O)_{2 4} clusters, we have theoretically studied the strongly red shifted ionic hydrogen bond (IHB) OH stretching vibration of water molecules directly bound to the hydroxide. Our calculations show that a systematic blue shift of the IHB OH peak is observed with the increase in the number of water molecules in the first solvation shell. Furthermore, we showed that the vibrational signature of the four coordinated hydroxide for OH^–(H₂O)₄ will be observed in the 2800 3200 cm^-1 range.
<Keywords:> Anharmonic proton vibration, Hydroxide water cluster, Hydrogen bonding, Anion hydration, Quantum chemistry
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0012/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 170-176, by J-STAGE]
<Title:> 固体表面に存在する水素原子が示す量子効果
<Author(s):> 奥山　弘
<Abstract:> Quantum effect is manifest for hydrogen atoms on surfaces as well as for those in solution and solids. The excited states of a hydrogen atom directly adsorbed on metal surfaces are beyond the diffusion barrier, thus being delocalized to the next sites, and even spread over the entire surface in the low-coverage limit. In addition, water and hydroxyl group on the surfaces show significant quantum effect, due to tunneling and zero-point motion of the hydrogen atom. We briefly review some experimental and theoretical studies that revealed the quantum effect of the hydrogen atom on the surfaces.
<Keywords:> Hydrogen atom, Metal surface, Quantum delocalization
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0013/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 163-169, by J-STAGE]
<Title:> 水素結合−π電子系相関型有機伝導体の開発とその水素/重水素同位体効果
<Author(s):> 上田　顕, 森　初果
<Corresponding author E-Mill:> a-ueda(at)issp.u-tokyo.ac.jp
<Abstract:> プロトン(水素原子)と電子の相関現象は，生体系や各種の化学反応において重要な役割を担っている．その一方で，固体結晶中においてこのような相関現象は これまでほとんど見つかっていなかった．筆者らは，有機伝導体を舞台とした独自の物質開発研究を展開し，最近，水素結合中の水素原子ダイナミクス と有機π電子の連動・相関に起因する前例のない大変ユニークな動的現象・機能物性を発見した．本稿では，このπ電子系固体物質における新しい「量 子水素の科学」を物質開発ならびに水素/重水素同位体効果の観点から紹介したい．
<Keywords:> Organic conductors, Materials synthesis, Interplay between hydrogen bonds and π-electron system, Hydrogen/deuterium isotope effect, Phase transition
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0015/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 143-147, by J-STAGE]
<Title:> 多成分密度汎関数理論のための電子-核相関汎関数の開発
<Author(s):> 宇田川　太郎, 常田　貴夫, 立川　仁典
<Corresponding author E-Mill:> udagawa(at)gifu-u.ac.jp
<Abstract:> 最も軽い水素の原子核の運動においては，量子効果が顕著に現れる. 原子核運動の量子効果を直接的に取り込んだ理論として多成分分子理論を開発してきた．また近年では，計算時間のかからない密度汎関数理論が分子理論の中心 理論となりつつある．我々は，多成分密度汎関数理論のための簡便な電子-核相関汎関数を開発した. この汎関数は，相関波動関数から簡単かつ正当な物理条件のみにもとづいて導出した汎用性の高い汎関数であり，パラメータを1つしか含まない．にもかかわら ず，水素原子を含む小分子の電子-プロトン相関エネルギーを化学的精度(1 2 kcal/mol程度の誤差)で再現する．
<Keywords:> Multicomponent density functional theory, electron-nucleus correlation functional, many-body effect, H/D isotope effect, correlations between different elementary particles
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0018/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 155-162, by J-STAGE]
<Title:> Quantum Molecular Dynamics Simulation of Condensed Hydrogens by Nuclear and Electron Wave Packet Approach
<Author(s):> Kim HYEON-DEUK
<Corresponding author E-Mill:> kim(at)kuchem.kyoto-u.ac.jp
<Abstract:> We recently proposed a real-time simulation method of nuclear and electron wave packet molecular dynamics (NEWPMD) based on wave functions of hydrogen molecules composed of nuclear and electron WPs. Non-empirical intra- and intermolecular interactions of non-spherical hydrogen molecules were explicitly derived and a long-range dispersion force between hydrogen molecules was successfully derived. Nuclear quantum effects (NQEs) such as nuclear delocalization and zero-point energy were non-perturbatively taken into account. The developed NEWPMD method can be applied to various condensed hydrogen systems from a gas-phase to a high-pressure solid phase at feasible computational cost, providing intuitive understandings of real-time dynamics of each hydrogen molecule including H-H bond vibration, molecular orientations and librational motions. We will report the demonstrations not only in liquid hydrogens but also in solid and supercooled hydrogens which exhibited strong NQEs and thus anomalous static and dynamic properties.
<Keywords:> Quantum molecular dynamics simulation, Nuclear wave packet, Electron wave packet, Nuclear quantum effect, Liquid/solid/supeercooled hydrogen
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0020/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 136-142, by J-STAGE]
<Title:> 水素分子クラスターの量子構造ゆらぎ
<Author(s):> 三浦　伸一
<Corresponding author E-Mill:> smiura(at)mail.kanazawa-u.ac.jp
<Abstract:> 水素分子はその質量の軽さから原子核の量子効果が大きく，水素分子クラスターの基底状態を考える上で重要な役割を果たしている．クラスター(H₂)₁₃を 例にとり，単純な調和近似は破綻し，その波動関数は配位空間の中でエネルギー最安定構造を含む幾つかの極小構造をカバーする領域にまで非局在化し ていることを示した．また比較的小さいクラスター(N 20)に対して，化学ポテンシャルに相当する量μ_Nを 計算し，核の量子効果を完全に取り入れた場合は，N = 13のクラスターは魔法数と呼んでもよい安定な状態をとっている一方で，古典近似の際に見られたN = 7, 19におけるμ_Nの 極小は量子力学的な運動エネルギーにより消失することを示した．
<Keywords:> Molecular cluster, Para-hydrogen molecule, Path integral, Quantum Monte Carlo method, Superfluid.
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0021/_article/-char/ja/

[Published online Journal of Computer Chemistry, Japan Vol.15, 184-191, by J-STAGE]
<Title:> プロトンの水和自由エネルギー:酸解離定数および標準水素電極電位の高精度計算
<Author(s):> 松井　亨, 喜屋武　茜, 庄司　光男, 重田　育照
<Corresponding author E-Mill:> shigeta(at)ccs.tsukuba.ac.jp
<Abstract:> 本総説では，分極誘電体モデルと量子化学計算に基づく酸解離定数(pK_a) の計算手法について述べる．この手法では，参照分子に対して計算により得られる自由エネルギー差と実験により得られるpK_a値 から官能基毎の線形関係を導くことで，アミノ酸の側鎖のpK_aの半定量的な計算が可能になる．ペプチド3量 体の計算においては，周囲のアミノ酸の水素結合の効果によってpK_aが単量体とくらべ大きく(3 pK_a単 位)異なることがわかる．また本手法は標準水素電極電位の計算にも適用可能であり，いくつかの酸化還元反応の誤差はCCSD (T)/aug-cc-pVDZでは0.1V以内であり，B3LYPでも同程度の精度で酸化還元電位が計算される．
<Keywords:> Hydration free energy, pKa, Proton, Solvation model
<URL:> https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/15/5/15_2016-0022/_article/-char/ja/