平尾計算化学研究ユニット

この研究課題は、理論による光化学や電気化学の反応の機構解明や新しい機能をもつ材料の設計のため、密度汎関数理論（DFT）にもとづいて新しい反応理論を開発することを目的とします。量子化学はコンピュータ性能の向上とともに応用範囲を広げ、すでに化学実験の検証に欠かせない存在となっています。現在進めているスーパーコンピュータ「京」を利用した計算科学においても1つの大きな柱となっています。DFTは量子化学の主要理論です。DFTは、高い並列化・線形化効率により、「京」のアーキテクチャ上での計算に適した理論です。しかし、理論的な制約により、電子移動をともなう光化学や電気化学の理論解析は難しかったのです。われわれは、長距離補正(LC)法を開発し、電子移動などDFTの抱えてきた重大な問題を克服してきました。この研究課題では、LC-DFTをさらに拡張し、実験研究者や異分野の理論研究者と連携して実用的な理論を開発します。その理論を使って光化学や電気化学の重要な反応の機構を解明し、新機能材料を提案します。

研究テーマ

• 新しい光化学・電気化学反応理論の開発
• 「京」での利用に向けたDFT超高速計算アルゴリズムの開発
• 実験・理論研究者との連携による光化学・電気化学反応の解析と新機能材料の設計

主要論文

1. R. Kar, J.-W. Song, T. Sato, and K. Hirao:
   "Long-range corrected density functionals combined with local response dispersion: A promising method for weak interactions"
   J. Comput. Chem
2. J.-W. Song and K. Hirao:
   "Long-range corrected density functional theory with optimized one parameter progressive correlation functional (LC-BOP and LCgau-BOP)"
   Chem. Phys. Lett. (2013) in press, (http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2013.01.064)
3. R. Kar, J.-W. Song, and K. Hirao
   "Long-range corrected functionals satisfy Koopmans' theorem: calculation of correlation and relaxation energies"
   J. Comput. Chem. (2013) in press, (doi: 10.1002/jcc.23222)
4. R. K. Singh and T. Tsuneda:
   "Reaction Energetics on Long-range Corrected Density Functional Theory: Diels-Alder Reactions"
   J. Comput. Chem., 34, 379-386 (2013)
5. J.-W. Song, K. Yamashita, and K. Hirao:
   "Gaussian attenuation hybrid scheme applied to Ernzerhof-Perdew exchange hole model (Gau-PBEh)"
   J. Chem. Phys. 137, 244105 (2012)
6. S. Suzuki, T. Tsuneda, and K. Hirao:
   "A Theoretical Investigation on Photocatalytic Oxidation on TiO2 surface"
   J. Chem. Phys. 136, 024706(1-6) (2012)
7. J.-W. Song, T. Tsuneda, T. Sato, and K. Hirao:
   "An examination of density functional theories on isomerization energy calculations of organic molecules"
   Theor. Chem. Acc. 130, 851 (2011)
8. J.-W. Song, D. Peng, and K. Hirao:
   "A semiempirical long-range corrected exchange correlation functional including a short-range Gaussian attenuation (LCgau-B97)"
   J. Comput. Chem. 32, 3269 (2011)
9. J.-W. Song, K. Yamashita, and K. Hirao:
   "Communication: A new hybrid exchange correlation functional for band-gap calculations using a short-range Gaussian attenuation (Gaussian-Perdue-Burke-Ernzerhof)"
   J. Chem. Phys. 135, 071103 (2011)
10. A. Nakata, T. Tsuneda, and K. Hirao:
    "Spin-orbit relativistic long-range corrected time-dependent density functional theory for investigating spin-forbidden transitions in photochemical reactions'"
    J. Chem. Phys. 135, 224106(1-9) (2011)