平成18（2006）年度　一般研究１実施報告書

課題番号	18−共研−1009	専門分類	5
研究課題名	統計論的トンネル速度理論の開発
フリガナ 代表者氏名	タケツグ　テツヤ 武次　徹也	ローマ字	Taketsugu Tetsuya
所属機関	北海道大学
所属部局	大学院理学研究科
職　　名	教授
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研究目的と成果（経過）の概要

我々のグループでは、トンネル効果や非断熱遷移など核の量子効果をあらわに取り扱うことのできる、化学反応を第一原理的にシミュレートする手法およびプログラムの開発を目的として研究を進めている。18年度は、高精度ab initio法に基づき反応ダイナミクスを調べるシミュレーション手法の開発と応用を行った。18年度は特に星間分子をターゲットとして、量子波束法による解離性再結合反応HCNH+ + e- の研究、およびab initio分子動力学法による衝突反応C + NH2および解離性再結合反応H3O+ + e-, HD2O+ + e-のダイナミクスの研究を行った。解離性再結合反応は、陽イオン分子と電子の衝突から中性の解離生成物が生じる反応であり、複数の解離チャンネルが存在することと、複数の励起状態が関与することからこれまで理論的取り扱いが困難であった。本研究では、Tullyの最小遷移数アルゴリズムを採用し、状態遷移を考慮したab initio分子動力学法のプログラムを開発して、種々の解離生成物の分岐比を調べた。H3O+ + e- では解離生成物として、H2O + H, OH + 2H, OH + H2, O + H2 + Hと４種のチャンネルが実験により観測されているが、本シミュレーションにより実験で報告されている分岐比を定性的に再現することができた。また、重水素置換した系においてはDよりHの方がより早く解離するために重水素を含んだ化合物が多く生成することを見出し、星間空間における観測事実をダイナミクスより説明することができた。
反応ダイナミクスに加え、分子の振動分光定数を高精度ab initio計算に基づき算出する手法を開発し、CH4, CO2, NaN分子の分光定数の定量的見積もりを行った。特にCO2に関しては、CO対称伸縮振動の基音と変角振動の倍音がフェルミ共鳴により相互作用して生じる振動準位に対して非常にqualityの高い電子状態計算と振動CI計算を組み合わせた方法を適用して、実験値をほぼperfectに再現できることを示した。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

(1) K. Ishii, A. Tajima, T. Taketsugu, and K. Yamashita, “Theoretical elucidation of the unusually high [HNC]/[HCN] abundance ratio in interstellar space: two-dimensional and two-state quantum wave packet dynamics study on the branching ratio of the dissociative recombination reaction HCNH+ + e- → HNC/HCN + H,” Astrophys. J., 636, 927-931 (2006).

(2) T. Takayanagi and T. Taketsugu, “Reduced-dimensionality and direct trajectory calculations for the C(3PJ) + NH2(2B2) reaction,” Chem. Phys. Lett., 417, 143-148 (2006).

(3) M. Kayanuma, T. Taketsugu, and K. Ishii, “Ab initio surface hopping simulation on dissociative recombination of H3O+,” Chem. Phys. Lett., 418, 511-518 (2006).

(4) C. Oyanagi, K. Yagi, T. Taketsugu, and K. Hirao, “Highly accurate potential energy and dipole moment surfaces for vibrational state calculations of methane,” J. Chem. Phys., 124, 064311 (2006).

(5) K. Ishii, T. Taketsugu, and K. Yamashita, “Ab initio prediction of the spectroscopic constants of NaN: Another potential candidate for a new Na-bearing interstellar molecule,” Chem. Phys. Lett., 427, 1-4 (2006).

(6) Y. Taketsugu, T. Taketsugu, and T. Noro, “Theoretical prediction of noble gas compounds: Ng-Pd-Ng and Ng-Pt-Ng,” J. Chem. Phys., 125, 154308 (2006).

(7) V. Rodriguez-Garcia, S. Hirata, K. Yagi, K. Hirao, T. Taketsugu, I. Schweigert, and M. Tasumi, “Fermi resonance in CO2: a combined electronic coupled-cluster and vibrational configuration-interaction prediction,” J. Chem. Phys., 126, 124303 (2007).

(8) M. Kayanuma, T. Taketsugu, and K. Ishii, “An ab initio molecular dynamics study on the dissociative recombination reaction of HD2O+ + e-,” Theor. Chem. Accounts, in press.

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

　　なし

研究参加者一覧
氏名	所属機関
山下　智志	統計数理研究所