重原子系のための相対論を含んだ電子状態理論の研究
 

理論化学・計算化学とは、あまり聞き慣れないかもしれませんが、化学の中でコンピュータの進歩とともに大きく発展してきた分野で、最先端の研究領域です。化学現象を原理的に理解するのは、ミクロの世界における電子や原子の運動を調べる必要があります。そのため量子力学に基づいた議論を行います。

さらに周期表の下側に位置する重原子を含む系では、量子論だけでは不十分で、相対論の効果が重要であることが分かっています。例えば金と銀の色の違いや、水銀が室温で液体であることは相対論を使って初めて説明できることです。
我々のグループでは、これまで理論的取扱いが困難であった重原子を含む分子について、スピン軌道配置間相互作用(SOCI)法と呼ばれる計算理論の開発・応用を行なってきました。この手法は、相対論の効果を評価するために、特にスピン依存ユニタリー群・時間反転対称性・分子二重点群などの群論を駆使したもので、従来の方法に比べ計算時間の面でも、必要な記憶容量の面でもはるかに効率の高いもので、さらに複素数演算を全く必要としない点でも画期的なものです。我々はこの計算理論を応用して、重原子を含む様々な分子の構造・物性・反応性を調べています。
【関連研究テーマ】
  1. ユニタリー群を用いた高効率な計算方法の開発
  2. クラスターの電子状態計算
【関連論文】
  1. M. Hatanaka, S. Yabushita, “Theoretical study on the f-f Transition Intensities of Lanthanide Trihalide Systems”, J. Phys. Chem. A113, 12615-12625 (2009).
  2. A. Goto, S. Yabushita, “Theoretical study on the spin states and intra-cluster spin relaxation of the one-dimensional metal-benzene sandwich clusters: M2(C6H6)3 (M=Sc,Ti,V)”, Chem. Phys. Lett., 454, 382-386 (2008).
  3. R. Takegami, and S. Yabushita, “Theoretical Study on the Photoabsorption in the Herzberg I Band System of the O2 Molecule”, J. Molec. Spectr., 229, 63-77 (2005).
  4. R. Takegami, N. Hosoya, J. Suzumura, K. Yada, A. Nakajima, and S. Yabushita, “Ionization Energies and Electron Distributions of One-End Open Sandwich Clusters: Eun(C8H8)n (n=1-4)”, Chem. Phys. Lett., 403, 169-174 (2005).
  5. R. Takegami, N. Hosoya, J. Suzumura, A. Nakajima, and S. Yabushita, “Geometric and Electronic Structures of Multiple-Decker One-End Open Sandwich Clusters: Eun(C8H8)n- (n=1-4)”, J. Phys. Chem. A109, 2476-2486 (2005).
  6. 日本化学会編、第5版 実験化学講座12, 丸善(2004)、p81-87 1.7.3 相対論的効果、p225-235 2.3.7 励起状態と電子スペクトル.
  7. H. Lischka, R. Shepard, R. M. Pitzer, I. Shavitt, M. Dallos, T. Mueller, P. G. Szalay, M. Seth, G. S. Kedziora, S. Yabushita, Z. Zhang, "High-level Multireference Methods in the Quantum-chemistry Program System COLUMBUS: Analytic MR-CISD and MR-AQCC Gradients and MR-AQCC-LRT for Excited States, GUGA Spin-orbit CI and Parallel Density", Physical Chemistry Chemical Physics, 3, 664-672 (2001).
  8. S. Yabushita, Z. Zhang and R. M. Pitzer, "Spin-Orbit Configuration Interaction Using the Graphical Unitary Group Approach and Relativistic Core Potential and Spin-Orbit Operators", J. Phys. Chem. A103, 5791-5800 (1999).