６．研究領域の現状
6-1 論文発表状況
分子研では毎年 A nnual.R eview（英文）を発刊し，これに発表した全ての学術論文のリストを記載している。
論文の発表状況
編集対象期間 A NNUA L .R E V IE W 原著論文の数 総説等の数
1990.9. 〜 1991.8. 1991 260 23
1991.9. 〜 1992.8. 1992 303 41
1992.9. 〜 1993.8. 1993 298 41
1993.9. 〜 1994.8. 1994 211 26
1994.9. 〜 1995.8. 1995 293 23
1995.9. 〜 1996.8. 1996 332 40
1996.9. 〜 1997.8. 1997 403 41
1997.9. 〜 1998.8. 1998 402 44
1998.9. 〜 1999.8. 1999 401 47
1999.9. 〜 2000.8. 2000 337 30
2000.9. 〜 2001.8. 2001 405 65
2001.9. 〜 2002.8. 2002 489 59
2002.9. 〜 2003.8. 2003 530 45
2003.9. 〜 2004.8. 2004 435 40
2004.9. 〜 2005.8. 2005 402 44
2005.9. 〜 2006.8. 2006 340 21
2006.9. 〜 2007.8. 2007 267 44
2007.9. 〜 2008.8. 2008 214 30
2008.9. 〜 2009.8. 2009 265 67
2009.9. 〜 2010.8. 2010 263 56
6-2 理論・計算分子科学研究領域
理論分子科学第一研究部門
永 瀬 茂（教授） （2001 年 4 月 1 日着任）
A -1).専門領域：理論化学，計算化学
A -2).研究課題：
a). 分子のサイズと形状を利用した分子設計と反応 b).元素の特性を利用した分子設計と反応
c). 量子化学計算の高速化と高精度化
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). サイズの大きい分子が与える外部空間および内部空間は新しい機能発現として有用である。このために，金属内包 フラーレンの化学修飾による内包金属の運動と位置の制御および選択的反応，グラフェン酸化物の反応，カーボン ナノチューブのアルキル化と機能化，グラフェンの monov al ency. def ects から導かれるナノ構造，新規な電気的性質 をもつ金属内包フラーレン，金属内包フレーレンとπ拡張系とのドナー／アクセプター共役，金属性カーボンナノ チューブの機能化とトランジスターへの応用，ジグソーパズル法によるとナノスケールのπ 拡張系の構築と安定性等 を理論と計算あるいは実験と共同して明らかにした。
b).高周期元素は新しい結合と多種多様な機能電子系の宝庫である。このために，5 配位ケイ素と 5 配位ケイ素の間に 結合をもつ化合物，最高周期元素の鉛を骨格にもつ芳香族化合物，嵩高いアリール置換基で保護されたケイ素−ケ イ素三重結合化合物の構造と反応，ビシクロ [2.2.2] ヘキサンのゲルマニウム類似体，シリカ表面へのカテコールの 吸着，F e，M n，C r などの遷移金属間に異常に短い結合をもつ化合物の構造と電子状態等を理論と計算あるいは実 験と共同して明らかにした。
c). 周期構造を持つポリマー，ナノチューブ，固体表面，分子結晶における物理吸着などでは，非共有結合相互作用が 本質的な役割をする。しかし，汎用的に広く用いられている密度汎関数法の多くは，非共有結合相互作用を上手く 取り扱うことができない。このために，2 次の Møller-Plesset 摂動（MP2）法による周期境界条件（Periodic. Boundary. C ondi ti on,. PB C ）計算が望まれている。しかし，周期系の M P2 計算（PB C - M P2）は計算コスト大きくなるばかりで なく，必要となるメモリとディスクの容量が大きくなるので，比較的小さなユニットセルを用いた計算に限定される。 このために，R I（R esol uti on-of-i denti ty）法とポワソン・ガウス混合補助基底を用いる高速アルゴリズムを開発した。 この方法では必要となるメモリとディスクの容量は格段に少なくなる。6-31G ** 基底関数を用いたトランスポリアセ チレンのテスト計算が示すように，PB C - R I- M P2 法では PB C - M P2 法より約 100 倍も高速化される。これらの結果が 示 すように，今 回開 発した P B C - R I - M P2 法は 大 規 模 周 期 系 へ の 応 用が 期 待される。これ からの 計 算 化 学 では， S chrödi nger 方程式の近似的な解ではなく正確な解が望まれる。このために，電子配置をウォーカーとしてサンプル するプロジェクタモンテカルロ（P M C ）法を開発してきているが，この方法を励起状態の計算に拡張した。幾つか の励起状態のテスト計算で示されるように，ウォーカー数が増大すると系統的に精度が向上して，与えられた基底関
数に対する full-C I 解が得られる。この PMC 法の利点は，分子のサイズが大きくなるにつれて顕著になり，full-C I 法 より計算コストおよび計算資源において優位性が格段に大きくなる。
B -1). 学術論文
X. LU, H. NIKAWA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, M. TOKI, H. SAWA, N. MIZOROGI and S. NAGASE, “Nitrated Benzyne Derivatives of La@C82: Addition of NO2 and Its Positional Directing Effect on the Subsequent Addition of Benzynes,” Angew. Chem., Int. Ed. 49, 594–597 (2010).
H. NIKAWA, Y. ARAKI, Z. SLANINA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, T. WADA, O. ITO, K. -P. DINSE, M. ATA, T. KATO and S. NAGASE, “The Effect of Atomic Nitrogen on the C60 Cage,” Chem. Commun. 46, 631–633 (2010).
M. SAITO, T. TANIKAWA, T. TAJIMA, J. -D. GUO and S. NAGASE, “Synthesis and Structures of Heterasumanenes Having Different Heteroatom Functionalities,” Tetrahedron Lett. 51, 672–675 (2010).
X. GAO, J. JANG and S. NAGASE, “Hydrazine and Thermal Reduction of Graphene Oxide: Reaction Mechanisms, Product Structures, and Reaction Design,” J. Phys. Chem. C 114, 832–842 (2010).
M. YAMADA, T. AKASAKA and S. NAGASE, “Endohedral Metal Atoms in Pristine and Functionalized Fullerene Cages,” Acc. Chem. Res. 43, 92–102 (2010).
Y. OHTSUKA and S. NAGASE, “Projector Monte Carlo Method Based on Slater Determinants. Test Application to Singlet Excited States of H2O and LiF,” Chem. Phys. Lett. 485, 367–370 (2010).
N. KANO, H. MIYAKE, K. SASAKI, T. KAWASHIMA, N. MIZOROGI and S. NAGASE, “Dianionic Species with a Bond Consisting of Two Pentacoordinated Silicon Atoms,” Nat. Chem. 2, 112–116 (2010).
Y. MAEDA, S. SATO, K. INADA, H. NIKAWA, M. YAMADA, N. MIZOROGI, T. HASEGAWA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, T. KATO, Z. SLANINA and S. NAGASE, “Regioselective Exohedral Functionalization of La@C82 and its 1,2,3,4,5-Pentamethylcyclopentadiene and Adamantylidene Adducts,” Chem. –Eur. J. 16, 2193–2197 (2010).
Y. MAEDA, T. KATO, T. HASEGAWA, M. KAKO, T. AKASAKA, J. LU and S. NAGASE, “Two-Step Alkylation of Single-Walled Carbon Nanotubes: Substituent Effect on Sidewall Functionalization,” Org. Lett. 12, 996–999 (2010). T. TSUCHIYA, T. AKASAKA and S. NAGASE, “New Vistas in Fullerene Endohedrals: Functionalization with Compounds from Main Group Elements,” Pure Appl. Chem. 82, 505–521 (2010).
T. SASAMORI, J. S. HAN, K. HIRONAKA, N. TAKAGI, S. NAGASE and N. TOKITOH, “Synthesis and Structure of Stable 1,2-Diaryldisilyne,” Pure Appl. Chem. 82, 603–612 (2010).
M. SAITO, T. TANIKAWA, T. TAJIMA, J. -D. GUO and S. NAGASE, “Arching a Bay Area of Triphenyleno[1,12- bcd]thiophene with Group 14 Functionalities: Synthesis of the First Triphenylene Derivatives Having Thiophene and Metallafluorenen Moieties,” J. Organomet. Chem. 695, 1035–1041 (2010).
K. TAKEUCHI, M. ICHINOHE, A. SEKIGUCHI, J. -D. GUO and S. NAGASE, “Reactivity of the Disilyne RSi≡SiR (R
= SiiPr[CH(SiMe3)2]2) toward Bis(silylcyanide) Forming a 1,4-Diaza-2,3-disilabenzene Analog,” J. Phys. Org. Chem. 23, 390–394 (2010).
X. GAO, L. LIU, S. IRLE and S. NAGASE, “Carbon Spiral Helix: A Nanoarchitecture Derived from Monovalency Defects in Graphene,” Angew. Chem., Int. Ed. 49, 3200–3202 (2010).
M. YAMADA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA and S. NAGASE, “In-Depth Understanding of p-Electron Systems: New Vistas in Fullerene Endohedrals,” Pure Appl. Chem. 82, 757–767 (2010).
M. SAITO, M. SAKAGUCHI, T. TAJIMA, K. ISHIMURA, S. NAGASE and M. HADA, “Dilithioplumbole: A Lead- Bearing Aromatic Cyclopentadinyl Analog,” Science 328, 339–342 (2010).
J. ZHOU, H. LI, J. LU, G. LUO, L. LAI, R. QIN, L. WANG, S. NAGASE, Z. GAO, W. MEI, G. LI, D. YU and S. SANVITO, “Selection of Single-Walled Carbon Nanotubes According to Both Their Diameter and Chirality via Nanotweezers,” Nano Res. 3, 296–306 (2010).
X. LU, Z. SLANINA, T. AKASAKA, T. TSUCHIYA, N. MIZOROGI and S. NAGASE, “Yb@C2n (n = 40, 41, 42): New Fullerene Allotropes with Unexpected Electrochemical Properties,” J. Am. Chem. Soc. 132, 5896–5905 (2010).
Y. TAKANO, M. A. HERRANZ, N. MARTIN, S. G. RADHAKRISHNAN, D. M. GULDI, T. TSUCHIYA, S. NAGASE and T. AKASAKA, “Donor-Acceptor Conjugates of Lanthanum Endohedral Metallofullerene and p-Extended Tetrathiafulvalene,” J. Am. Chem. Soc. 132, 8048–8055 (2010).
M. SAITO, M. SAKAGUCHI, T. TAJIMA, K. ISHIMURA and S. NAGASE, “Synthesis, Structures, and Properties of Plumboles,” Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 185, 1068–1076 (2010).
M. O. ISHITUKA, H. ENOKI, T. TSUCHIYA, Z. SLANINA, N. MIZOROGI, S. NAGASE, M. T. H. LIU and T. AKASAKA, “Chemical Modification of Endohedtral Metallofullertene La@C82 with 3-Chloro-3-phenyldiazirine,” Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 185, 1124–1130 (2010).
X. WANG, Y. PENG, Z. XHU, J. C. FETTINGER, P. P. POWER, J. GUO and S. NAGASE, “Synthesis and Characterization of Two of the Three Isomers of a Germanium-Substituted Bicyclo[2.2.0]hexane Diradicaloid: Stretching the Ge–Ge Bond,” Angew. Chem., Int. Ed. 49, 4593–4597 (2010).
D. M. GULDI, L. FENG, S. G. RADHAKRISHNAN, H. NIKAWA, M. YAMADA, N. MIZOROGI, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, S. NAGASE, M. A. HERRANZ and N. MARTIN, “A Molecular Ce2@Ih-C80 Switch—Unprecedented Oxidative Pathway in Photoinduced Charge Transfer Reactivity,” J. Am. Chem. Soc. 132, 9078–9086 (2010).
M. SAITO, T. KUWABARA, C. KAMBAYASHI, M. YOSHIOKA, K. ISHIMURA and S. NAGASE, “Synthesis, Structure, and Reaction of Tetraethyldilithiostannole,” Chem. Lett. 39, 700–701 (2010).
A. P. RAHALKAR, M. KATOUDA, S. R. GADRE and S. NAGASE, “Molecular Tailoring Approach in Conjugation with MP2 and RI-MP2 Codes: A Comparison with Fragment Molecular Orbital Method,” J. Comput. Chem. 31, 2405–2418 (2010).
M. SAITO, T. KUWABARA, K. ISHIMURA and S. NAGASE, “Synthesis and Structures of Lithium Salts of Stannole Anions,” Bull. Chem. Soc. Jpn. 83, 825–827 (2010).
J. NAGATSUKA, S. SUGITANI, M. KAKO, T. NAKAHODO, N. MIZOROGI, M. O. ISHITSUKA, Y. MAEDA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, X. GAO and S. NAGASE, “Photochemical Addition of C60 with Siliranes: Synthesis and Characterization of Carbosilylated and Hydosilylated C60 Derivatives,” J. Am. Chem. Soc. 132, 12106–12120 (2010). S. YOO, J. WON, S. W. KANG, Y. S. KANG and S. NAGASE, “CO2 Separation Membranes Using Ionic Liquids in a Nafion Matrix,” J. Membr. Sci. 363, 72–79 (2010).
X. GAO, S. B. ZHANG, Y. ZHAO and S. NAGASE, “A Nanoscale Jigsaw-Puzzle Approach to Large p-Conjugated Systems,” Angew. Chem., Int. Ed. 49, 6764–6767 (2010).
H. LI, X. YAN, G. LUO, R. QIN, Q. LIU, L. YU, C. XU, J. ZHENG, J. ZHOU, J. LU, Z. GAO, S. NAGASE and W. N. MEI, “Functionalized Metallic Single-Walled Carbon Natotubes as a High Performance Single-Molecule Organic Field Effect Transistor: An Ab Initio Study,” J. Phys. Chem. C 114, 15816–15822 (2010).
Y. TAKANO, M. O. ISHITSUKS, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, T. KATO and S. NAGASE, “Retro-Reaction of Singly Bonded La@C82 Derivatives,” Chem. Commun. 46, 8035–8036 (2010).
M. KATOUDA and S. NAGASE, “Application of Second-Order Møller–Plesset Perturbation Theory with Resolution-of- Identity Approximation to Periodic Systems,” J. Chem. Phys. 133, 184103 (9 pages) (2010).
Y. MAEDA, K. KOMORIYA, K. SODE, M. KANDA, M. YAMADA, T. HASEGAWA, T. AKASAKA, J. LU and S. NAGASE, “Separation of Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes Using Various Amines,” Phys. Status Solidi B 247, 2641–2644 (2010).
S. A. MIAN, L. C. SAHA, J. JANG, L. WANG, X. GAO and S. NAGASE, “Density Functional Theory Study of Catechol Adhesion on Silica Surfaces,” J. Phys. Chem. C 114, 20793–20800 (2010).
T. AKASAKA, X. LU, H. KUGA, H. NIKAWA, N. MIZOROGI, Z. SLANINA, T. TSUCHIYA, K. YOZA and S. NAGASE,
“Dichlorophenyl Derivatives of La@C3v(7)-C82: Endohedral Metal Induced Localization of Pyramidalization and Spin on a Triple-Hexagon Junction,” Angew. Chem., Int. Ed. 49, 9715–9719 (2010).
H. LEI, J. -D. GUO, J. C. FETTINGER, S. NAGASE and P. P. POWER, “Two-Coordinate First Row Transition Metal Complexes with Short Unsupported Metal–Metal Bonds,” J. Am. Chem. Soc. 132, 17399–17401 (2010).
M. YAMADA, M. MINOWA, S. SATO, M. KAKO, Z. SLANINA, N. MIZOROGI, T. TSUCHIYA, Y. MAEDA, S. NAGASE and T. AKASAKA, “Thermal Carbosilylation of Endohedral Dimetallofullerene La2@Ih-C80 with Silirane,” J. Am. Chem. Soc. 132, 17953–17960 (2010).
L. WANG, X. GAO, X. YAN, J. ZHOU, Z. GAO, S. NAGASE, S. SANVITO, Y. MAEDA, T. AKASAKA, W. N. MEI and J. LU, “Half-Metallic Sandwich Molecular Wires with Negative Differential Resistance and Sign-Reversible High Spin- Filter Efficiency,” J. Phys. Chem. C 114, 21893–21899 (2010).
B -3). 総説，著書
T. TSUCHIYA, T. AKASAK and S. NAGASE, “Recent Progress in Chemistry of Endohedral Metallofullerenes,” in Chemistry of Nanocarbons, T. Akasaka, F. Wudl and S. Nagase, Eds., John Wiley, Chapter 10, pp. 261–286 (2010).
Y. MAEDA, T. AKASAK, J. LU and S. NAGASE, “Dispersion and Separation of Single-Walled Nanotubes,” in Chemistry of Nanocarbons, T. Akasaka, F. Wudl and S. Nagase, Eds., John Wiley, Chapter 14, pp. 365–383 (2010).
D. JIANG, X. GAO, S. NAGASE and Z. CHEN, “Properties of p-Electrons in Graphene Nanoribbons and Nanographenes,” in Chemistry of Nanocarbons, T. Akasaka, F. Wudl and S. Nagase, Eds., John Wiley, Chapter 18, pp. 433–461 (2010). L. FENG, T. AKASAK and S. NAGASE, “Endohedrals,” in Carbon Nanotubes and Related Structures—Synthesis, Characterization, Functionalization, and Applications, D. M. Guldi and N. Martin, Eds., Wiley-VCH, Chapter 15, pp. 455–490 (2010).
Z. SLANINA, F. UHLIK, S. -L. LEE, T. AKASAK and S. NAGASE, “Carbon Nanostructures: Calculations of Their Energetics, Thermodynamics, and Stability,” in Carbon Nanotubes and Related Structures—Synthesis, Characterization, Functionalization, and Applications, D. M. Guldi and N. Martin, Eds., Wiley-VCH, Chapter 16, pp. 491–523 (2010). X. LU, T. AKASAK and S. NAGASE, “Rare Earth Metals Trapped Inside Fullerenes—Endohedral Metallofullerenes (EMFs),” in Rare Earth Coordination Chemistry—Fundamentals and Applications, C. Huang, Ed., John Wiley, Chapter 7, pp. 273–307 (2010).
B -4). 招待講演
S. NAGASE, “Interesting Bonds and Structures in Larger Molecules,” International Symposium on Molecular Theory for Real Systems, Kyoto (Japan), January 2010.
S. NAGASE, “Interesting Bonding and Reactions Provided by Heavier Group 14 Elements,” 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Society (PACIFICHEM2010), Honolulu (U.S.A.), December 2010.
S. NAGASE, “Interplay between Computation and Experiment,” 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Society (PACIFICHEM2010), Honolulu (U.S.A.), December 2010.
B -7). 学会および社会的活動 学協会役員等
国際分子量子科学アカデミー会員.(2008–.).
WATOC (World Association of Theoretically and Computational Chemists) Scientific Board (1999– ). APATCC (Asian Pacific Association of Theoretical & Computational Chemistry) Scientific Board (2004– ).
ICCS.(T he.International.C onference.on.C omputational.Science).International.A dvisory.Member.(2010–.). 分子構造総合討論会運営委員会幹事 .
フラーレン・ナノチューブ研究会幹事 . 学会の組織委員等
K orea-J apan.J oint.Symposium.on.T heoretical.and.C omputational.C hemistry.組織委員長 . T he.A sian.Pacific.C onference.on.T heoretical.& .C omputational.C hemistry.組織委員長 . 第３回分子科学討論会実行委員長 .
文部科学省，学術振興会，大学共同利用機関等の委員等 日本学術振興会特別研究員等審査会専門委員.
独立行政法人科学技術振興機構領域アドバイザー . 日本化学会学術賞・進歩賞選考委員会委員.
戦略的創造研究推進事業 E R A T O 型研究中間評価委員.
独立行政法人大学評価・学位授与機構の国立大学教育研究評価委員会専門委員. 日本学術振興会科学研究費委員会専門委員.
学会誌編集委員
Silicon Chemistry, Subject Editor (2001– ).
J. Comput. Chem., Editorial Advisory Board (2004– ). Mol. Phys., Editorial Board (2006– ).
Theochem, Editorial Board (2007– ).
B -8). 大学での講義，客員
総合研究大学院大学物理科学研究科 ,.集中講義「構造分子基礎理論」,.20010 年 7月 21日–23日. 城西大学大学院 ,.集中講義「有機物質設計特論」,.2010 年 7月 26日–27日.
筑波大学先端学際領域研究センター併任教授 ,.2002 年 11月–.. Xi’an Jiaotong University (China),.客員教授,.2005年 10月–..
B -10).競争的資金
科研費基盤研究 (B),.「金属内包フラーレンの構造，物性，生成過程」,.永瀬 茂.(1997年 –1999年 ).
科研費特定領域研究 (A )（計画研究）「イ,. ンターエレメント多重結合の理論研究」,.永瀬 茂.(1997年 –1999年 ). 科研費特定領域研究 (A )（計画研究）「高周期元素の特性と分子の形を利用,. した分子設計」,.永瀬茂.(1998年 –2001年 ). 科研費基盤研究 (B),.「ナノスケールでの分子設計と反応の理論と計算システムの構築」,.永瀬 茂.(2002 年 –2003年 ). 科研費特定領域研究 (A )（公募研究）「高周期元素と,. ナノ柔構造の特性を利用した分子構築の理論と計算」,.永瀬 茂.(2003 年 –2005年 ).
科研費特定領域研究 (A )（計画研究）「ナノサイズ分子がも,. たらす複合的電子系の構造と機能」,.永瀬 茂.(2006年 –2009年 ).
C ). 研究活動の課題と展望
新素材開発において，分子の特性をいかにしてナノスケールの機能として発現させるかは最近の課題である。このために， 炭素を中心とする第２周期元素ばかりでなく大きな可能性をもつ高周期元素およびナノ構造の特性を最大限に活用する分子 の設計と反応が重要である。サイズの大きい分子はさまざまな形状をとれるので，形状の違いにより電子，光，磁気特性ば かりでなく，空孔の内径を調節することによりゲスト分子との相互作用と取り込み様式も大きく変化させることができる。これ らの骨格に異種原子や高周期元素を加えると，変化のバリエーションを飛躍的に増大させることができる。ナノスケールでの 分子設計理論と実用的な量子化学計算コンピューターシミュレーション法を確立し，新規な機能性分子を開発する。これら の分子を効率的に合成実現するためには，従来のように小さい分子から順次組み上げていくのではなく，自己集合的に一度 に組織化する機構の解明と理論予測はきわめて重要である。また，現在の量子化学的手法は，小さな分子の設計や構造， 電子状態，反応を精度よく取り扱えるが，ナノスケールでの取り扱いには飛躍的な進展が望まれている。
信 定 克 幸（准教授） （2004 年 6 月 1 日着任）
A -1).専門領域：分子物理学，理論化学
A -2).研究課題：
a). ナノ構造体における電子・電磁場ダイナミクス
b).電子エネルギーの散逸を考慮に入れた電子状態理論の開発 c). 量子ドット列における励起子ダイナミクスの理論
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). 1. nm 〜数十 nm 程度のナノ構造体では，量子性を反映した特異な光誘起電子・核ダイナミクスが見られるが，その 基礎理学的理解は十分ではない。ナノ構造体ダイナミクスでは，局所的な空間領域で物質と電磁場が再帰的に相互 作用し，更にその相互作用を介したエネルギー移動がナノ粒子間で連鎖的に起こることが重要であり，双極子近似 を使った通常の光学応答理論では理解することができないからである。物質系を記述するためのシュレディンガー方 程式と電磁場を記述するためのマクスウェル方程式を自己無撞着に解くための理論開発とその理論に基づく実用的 な数値計算手法の開発が必須となる。我々は実在系ナノ構造体における光誘起電子・核・電磁場ダイナミクスを記 述するための光学応答理論の開発を第一の目標とし，開発した理論に基づく数値計算によってナノ構造体及びその 表面・界面で起こる新しいダイナミクスの機構解明とその機構に基づく新規量子デバイス設計へ向けた基礎的知見 の獲得を最終的な目標として研究を進めている。これまで開発してきた時間依存密度汎関数理論に基づく電子ダイ ナミクス法計算プログラムを用いて，最近，我々は近接場光局所電子励起によって，銀ナノクラスターに力を発生す ることができ，また光源のレーザー周波数を変えることによって，与える力の大きさを変化し得ることを明らかにした。 これらの知見は，原子・分子レベルでの力学的物質操作に応用することが期待できる。
b).表面吸着系の電子物性や電子・核ダイナミクスを分子レベルで理解するためには，吸着種と表面の間で起こる電子 エネルギーの散逸を正しく記述することが必須である。従来の表面吸着系に対する一般的な計算方法としてしばし ば使われるクラスターモデル（C C M）では，本来半無限系である表面を有限個の孤立クラスターで近似してしまう ため，非物理的なクラスターの境界面が存在してしまう。そこで我々は，吸着原子と金属表面との間で起こる電子エ ネルギーの散逸を考慮に入れた新しいクラスターモデル（OC M）理論を開発し，金属表面吸着種の光誘起振動励起 過程の核波束ダイナミクスの計算を進めてきた。本年度は実験グループと協力して C S /C u(111) を対象として，吸着 種のコヒーレント核振動メカニズムの詳細を明らかにした。局所的吸着種電子励起，または表面電子励起状態が介 在する電子励起の異なる二つの励起に対応して，核振動ダイナミクスが大きく変化することが分かった。実験結果 とも定性的に良く一致し，表面吸着種ダイナミクスの詳細に迫る研究を行うことができた。
c). 量子ドット列におけるエネルギー散逸を伴う励起子移動の理論的研究を行った。昨年度まので研究を継続して，理 論的定式化及びその定式化に基づくプログラム開発を更に進めた。本年度は特に，量子ドット列における励起子ポ ラリトンの伝播メカニズムを明らかにした。また，温度によって励起子ポラリトンの伝播経路をコントロールするこ とができることも明らかにした。これは，次世代量子デバイス開発に資する重要な基礎的知見になると考えられる。
B -1). 学術論文
T. IWASA and K. NOBUSADA, “Near-Field-Induced Optical Force on a Metal Particle and C60: Real-Time and Real-Space Electron Dynamics Simulation,” Phys. Rev. A 82, 043411 (6 pages) (2010).
Y. NEGISHI, W. KURASHIGE, Y. NIIHORI, T. IWASA and K. NOBUSADA, “Isolation, Structure, and Stability of a Dodecanethiolate-Protected Pd1Au24 Cluster,” Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 6219–6225 (2010).
B -4). 招待講演
K. NOBUSADA, “Near-Field and Matter Interaction Theory for Electron Dynamics in Nanostructures,” 2010 Annual Meeting of Asian Core Program “Frontiers of Material, Photo-, and Theoretical Molecular Science,” Taipei (Taiwan), March 2010.
信定克幸 ,.「ナノ構造体における局所電子励起と機能性発現の分子論」,. 分子研研究会「プラズモン増強光電場の分子科学 研究への展開」,.岡崎市 ,.2010 年 6月.
T. YASUIKE and K. NOBUSADA, “Photoinduced coherent dynamics of adsorbates on metal surfaces: Nuclear wave packet simulation with quasi-diabatic potential energy curves obtained by open-boundary cluster model,” Okazaki Conference “New Frontier in Quantum Chemical Dynamics,” Okazaki, February 2010.
安池智一 ,.「表面吸着分子の電子状態計算のための開放系クラスターモデル：モデルの原理と吸着分子の光誘起コヒーレン トダイナミクスへの応用」,.東京理科大学物性理論セミナー ,.2010 年 11月.
B -7). 学会および社会的活動 学協会役員等
日本物理学会領域１（原子・分子分野）世話人.(2003–2004). 科学技術振興機構地域振興事業評価委員会専門委員.(2005–2006). 文部科学省科学技術・学術審議会専門委員.(2006–2008).
学会の組織委員等
分子構造総合討論会プログラム委員.(2001). 日韓共同シンポジウム実行委員.(2005). 総研大アジア冬の学校実行委員.(2005–2006). 理論化学シンポジウム運営委員会代表.(2006–2008). 理論化学討論会第３期世話人.(2009–.).
B -8). 大学での講義，客員
筑波大学計算科学研究センター ,.共同研究員,.2006年 6月–..
総合研究大学院大学物理科学研究科 ,.「構造分子基礎理論」,.2010 年 7月 21日–23日. 総合研究大学院大学物理科学研究科 ,.「量子分子科学」,.2010 年 11月 24日–26日. 総合研究大学院大学物理科学研究科 ,.「分子科学セミナー」,.2010 年（通年）.
B -10).競争的資金
科研費奨励研究 ( A ) ,.「ヘムタンパク質に結合した一酸化炭素分子の振動エネルギー緩和の動力学」,. 信定克幸. (2000 年 – 2002 年 ).
科研費基盤研究 (C ),.「ナノメートルサイズの分子における多電子ダイナミクスの理論的研究」,.信定克幸.(2005年 –2007年 ). 科研費特定領域研究（計画研究）,.「エネルギー散逸を伴う電子ダイナミックスの理論と材料物性」,. 信定克幸. (2006年 –2010 年 ).
科研費基盤研究 (B),.「近接場光励起による金属表面の局所電子ダイナミクスの理論」,.信定克幸.(2009年 –.).
岩崎ファンド海外研究助成 ,.「D Y NA M. 2000. R E A C T IV E . A ND. NON. R E A C T IV E . QUA NT UM. D Y NA MIC S」,. 信定克幸. (2000 年 ).
第１回理学未来潮流グラント,.「有限少数多体系における特異な現象の発見とその解釈」,.信定克幸.(2001年 –2002 年 ). 松尾学術研究助成金 ,.「貴金属クラスターの電子・イオンダイナミクスの理論的研究」,.信定克幸.(2002 年 –2004年 ). 科研費特別研究員奨励費 ,.「複素座標法による超励起状態の研究」,.安池智一.(2000 年 –2003年 ).
科研費若手研究 (B),.「表面吸着分子の開放系電子状態理論の開発と応用」,.安池智一.(2007年 –2009年 ).
C ). 研究活動の課題と展望
最近の実験的手法の著しい進歩により，化学組成や構造を特定した 1 ナノメートル程度のナノ構造体を生成・単離更には大 量合成することも可能になってきたが，未だそれらナノ構造体の電子物性や電子・核・電磁場ダイナミクスの詳細は十分に 理解されていない。ましてやナノ構造体を利用した量子デバイスや機能性材料開発等の応用科学的研究への展開には大き な障壁が存在する。物質自体がナノメートルサイズになってしまうことから生じる数値計算上の問題だけではなく，そもそも ナノメートルサイズの実在系ナノ構造体の量子ダイナミクス（特に光学応答）を取り扱うための理論がほとんど開発されてい ないためである。我々はナノ構造体特有の局所的な構造と光との相互作用を理解するための新しい光学応答理論の開発に 興味を持っており，具体的には分子の近接場光励起による電子・核・電磁場ダイナミクスの理論的解明を進める予定である。 また，ナノ構造体が周りの環境と一切相互作用せずに孤立物質として存在することは通常有り得ず，常に環境との間でエネ ルギーの散逸が起こっている。実在系ナノ構造体の量子散逸の理論も同様に，ほとんど開発されていない。我々の研究グルー プでは，基礎理学的理解を目標として，理論解析・数値解析両方の観点から，量子散逸を含むナノ構造体の電子・核ダイ ナミクスの研究を行っている。ここ最近の我々の研究に基づくと，表面と吸着種の間で起こるエネルギー散逸は厄介者では なく，多彩な表面ダイナミクスを引き起こす重要な現象であると考えている。
柳 井 毅（准教授） （2007 年 1 月 1 日着任）
A -1).専門領域：量子化学，理論化学，計算化学
A -2).研究課題：
a). 量子化学的手法に基づく多参照電子状態理論の開発：DMR G-C T b).金属含有化合物の高精度電子状態計算に向けた DMR G-SC F 法の開発 c). 共役有機磁性分子ポリカルベンの電子状態，多重スピン状態の解析
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). 当研究グループでは，「電子と電子との複雑な多体相互作用の複雑な量子効果」を根源とする化学現象や化学反応をター ゲットに，その高精度な分子モデリングを可能とするような量子化学的な手法開発を目指している。特に着目するのは， 多重化学結合と解離，ナノグラフェン，有機磁性体，生体反応中心などの共役分子の光化学・スピン物性，金属化合 物の擬縮重電子状態などに表れる「複雑な電子状態」であり，その解明は大変興味が持たれている一方で，理論的な 取り扱いはチャレンジングな問題（多参照問題）である。多参照電子状態を正しく記述するためのキーとなる物理は， 原子間スケールで擬縮退した電子状態に由来する強い電子相関効果であり，この相関効果の問題の複雑さは分子サイ ズに対して指数関数的に複雑化し，既存の量子化学計算法ではこの現象を効率よく高精度で計算することができない。 当研究では，この複雑な電子状態を扱う強力な新規手法として「正準変換理論（C T 法）」の基礎理論の開発を進めて いる。C T 法は，H ami l toni an を指数型の多体演算子でユニタリー変換を行い，強い相関と弱い相関との相互作用の構 造を有効ハミルトニアンH = e–AHeAとして構築する。特徴的な点として，複雑な強い相関の構造は，対応する密度行 列を通して取り扱われるため，飛躍的に計算効率がよい。発表論文では，従来型の多参照 C I 法の計算精度を，実行 速度で１，２桁高速に再現できることを示した。また，C T 法に対して相補的な手法として，長距離スケールな強い電子 相関を記述するための厳密対角化法，ab. i ni ti o 密度行列繰り込み群（D M R G）法の新しい実装を開発した。この手法 を利用した，多配置 C A SSC F 波動関数で記述するための手法開発（DMR G-SC F ）を行った。これまで絶対取扱不可能 だと思われたサイズの大規模な C A SSC F 計算を実現した。
b).金属化合物の高精度計算に向けて D M R G - S C F 法の開発を行った。D M R G（密度行列繰り込み群）法は，大規模な H i l bert 空間（f ul l. C I 空間）をコンパクトな多体基底により取り扱う変分法である。D M R G 法は，空間的局所性から一 次元的多体相関をもつ電子系に対して従来の方法では計算不可能な大きさの f ul l. C I 計算が可能となることが示され， 近年では分子系への拡張が盛んに試みられている。量子化学において D M R G 法がターゲットとする系は，平均場理論
（Hartree-F ock，D ensity. F unctional. T heory）やそれをゼロ次近似とする摂動的な電子相関理論で扱うことが困難な擬縮 重電子系（例えば，励起状態，金属化合物，開殻スピン状態など）があり，当グループでは，D M R G 法の応用範囲を 一次元分子から一般分子へと拡張することで量子化学における大規模多配置問題の解決を目指した。我々は，D M R G 法に化学的洞察に基づく軌道列順序や射影密度行列に対する摂動補正を導入し，D M R G 法が非一次元分子に対して も効率よく full.C I 会へと漸近であることを明らかにした。一方で，多数の基底関数を用いるような多参照計算への拡張 として，予め設定した活性軌道に限り軌道緩和と静的電子相関を計算する D MR G-SC F 法を開発した。また残された仮 想軌道との動的相関については，D M R G -SC F 波動関数を参照関数とする C T 法により計算して，D M R G -SC F -C T 法を 用いた，二核錯体金属化合物の応用計算を行い，高精度な多参照計算を実現することができた。
c). 有機磁性体は，単分子磁石をはじめとする分子デバイスの材料として注目されており多くの研究がなされている。分子 デバイスとしての有機磁性体には，より大きな磁気モーメントを持ち，かつ寿命が長い区，異なるスピン状態間のエネ ルギー差が大きく高温でもスピン配列を崩さないものが望まれる。スピン配列の秩序を保つにはスピンサイト間の相互 作用が強いほうが有利であることから，p共役でスピンサイト間をつなぐ through- bond アプローチに基づく設計などが 行われている。また，有機化合物に大きな磁気モーメントを持たせるためには一つのサイトに２つのラジカルを持つカ ルベンがスピン源として効果的である。この二つを利用して大きな磁気モーメントをもつポリカルベン分子が設計され ている。一方，高スピンを持つカルベンの各スピン状態に対する電子状態の研究は，これまで密度汎関数法などの単 参照理論を用いた研究に限られてきた。ポリカルベンの低スピン状態を計算する上で静的相関の考慮は欠かせないと 考えられるが，全p軌道とカルベンの面外のpz軌道，非結合性sp2 軌道を活性空間として扱う CA SSCF 計算はコスト が高く，小さなモデル分子に対してしか適応されていない。我々は，この問題に対して，ab. initio. DMR G に基づく高性 能計算法を用いて，m-phenylene 型ポリカルベンの大規模な電子状態計算を実現した。
B -1). 学術論文
T. YANAI, Y. KURASHIGE, E. NEUSCAMMAN and G. K-L. CHAN, “Multireference Quantum Chemistry through a Joint Density Matrix Renormalisation Group and Canonical Transformation Theory,” J. Chem. Phys. 132, 024105 (9 pages) (2010).
E. NEUSCAMMAN, T. YANAI and G. K-L. CHAN, “Strongly Contracted Canonical Transformation Theory,” J. Chem. Phys. 132, 024106 (13 pages) (2010).
W. MIZUKAMI, Y. KURASHIGE and T. YANAI, “Novel Quantum States of Electron Spins in Polycarbenes from Ab Initio Density Matrix Renormalization Group Calculations,” J. Chem. Phys. 133, 091101 (4 pages) (2010).
B -3). 総説，著書
E. NEUSCAMMAN, T. YANAI and G. K-L. CHAN, “A Review of Canonical Transformation Theory,” Int. Rev. Phys. Chem. 29, 231–271 (2010).
B -4). 招待講演
柳井 毅 ,.「局所表現ハミルトニアンを用いた電子状態理論の開発」,. 科学研究費補助金特定領域研究「実在系の分子理論」 成果報告会 ,.東京大学 ,.2010 年 3月.
T. YANAI, “Density matrix renormalization group study of molecular electronic structures: p-conjugate organic spin systems and transition metal complexes,” CECAM-ETHZ, CECAM conference: Tensor network methods for quantum chemistry, Zurich (Switzerland), March 2010.
柳井 毅 ,.「DMR G およびその動的相関法の話を中心に」,.研究所内セミナー ,.量子化学研究協会研究所 ,.京都大学 ,.2010 年 3月.
T. YANAI, “Canonical transformation theory for large-scale multireference calculations,” The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010), Honolulu (U.S.A.), December 2010.
T. YANAI, “Efficient multireference method for quantum chemistry with large active space,” The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010), Honolulu (U.S.A.), December 2010.
B -6). 受賞，表彰
T. YANAI, Chemical Physics Letters Most Cited Paper 2003-2007 Award.
T. YANAI, The Wiley-International Journal of Quantum Chemistry Young Investigator Award (The 49th Sanibel Symposium) (2009).
B -7). 学会および社会的活動 その他
「次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発」 理論・計算分子科学コミュニティＷＧメンバー.(2007–.).
B -8). 大学での講義，客員
総合研究大学院大学物理科学研究科 ,.「量子分子科学」,.2010 年 11月 24日–26日.
B -10).競争的資金
科研費特定領域研究（公募研究）「実在系の分子理論」,. ,.柳井 毅.(2008年度 –2010 年度 ).
科学技術振興機構 C R E S T 研究 ,.「マルチスケール・マルチフィジックス現象の統合シミュレーション」,. 柳井 毅 ,. 研究分担. (2008年度 –2009年度 ).
科研費基盤研究 ( C ) ,.「高精度多参照理論による大規模π 共役系の強相関的な多電子励起状態の解析法と応用」,. 柳井 毅. (2009年度 –2011年度 ).
C ). 研究活動の課題と展望
当該研究活動で当面課題とする問題は，多参照な電子状態（電子が強く相関する状態）であり，理論的な取り扱いはチャレン ジングな問題（多参照問題）である。問題の複雑さは，問題のサイズ（分子サイズ）に対して指数関数的に複雑化するので， この問題を解くのはなかなか容易ではない。当研究グループが開発を進める「密度行列繰り込み群」および「正準変換理論」は， いままでにない大規模でプレディクティブな多参照量子化学計算を実現する可能性を秘めている。本年度の成果はそれの可 能性を実証することができたが，一方で理論の実装はまだ実験段階にあり，よりリアルな系の定量的な大規模多参照計算を 実践するに至っていない。これまで開発した基礎理論をベースに，ペタスケール大型計算機が間近に利用可能になることを 念頭に置きつつ，手法の洗練された実装，アルゴリズム開発を行う予定である。
理論分子科学第二研究部門
平 田 文 男（教授） （1995 年 10 月 16 日着任）
A -1).専門領域：理論化学，溶液化学
A -2).研究課題：
a). 溶液内分子の電子状態に対する溶媒効果と化学反応の理論 b).溶液中の集団的密度揺らぎと非平衡化学過程
c). 生体高分子の溶媒和構造の安定性に関する研究 d).界面における液体の統計力学
A -3).研究活動の概略と主な成果
. 当研究グループでは統計力学理論（3D - R IS M /R IS M 理論）に基づき液体・溶液の構造，ダイナミクス，相転移を含む 熱力学挙動，およびその中での化学反応を解明する理論の構築を目指して研究を進めている。特に，過去数年の研究 において「分子認識の理論」とも呼ぶべき新しい統計力学理論を構築しつつある。分子認識過程には二つの物理化学 的要素が伴う。ひとつは蛋白質とリガンドの複合体の熱力学的安定性であり，この過程を律するのは複合体形成前後 の自由エネルギー変化である。もうひとつの要素は蛋白質の「構造揺らぎ」である。蛋白質内に基質分子を取り込む過 程（分子認識）は単に「鍵と鍵孔」のような機械的な適合過程ではなく，多くの場合，蛋白質の構造揺らぎを伴う。こ のような蛋白質の構造揺らぎと共役した化学過程を取り扱うために，溶液のダイナミクスと共役した蛋白質の構造揺ら ぎを記述する理論の発展は今後の重要な課題である。
a).ウイルス内 M2 チャネルのプロトン透過機構：M2 チャネルはインフルエンザ A の細胞膜に存在するプロトンチャネル であり，細胞膜内外の pH を調整する機能を持つ。よく知られたインフルエンザ薬であるアマンタジンはこのチャネル の阻害剤である。
. M2 チャネルは pH に応じてゲートを開閉することで細胞内の pH を調整している。M2 チャネルは 4 量体からなり，ゲー ト部には４つのヒスチジン残基が存在する。これまでの，実験およびシミュレーションなどから，細胞外の pH に応じ てヒスチジンのプロトン化状態が変わることでゲートが開閉していることが知られている。そこで，0H（全てのヒスチ ジンがプロトン化していない状態）から 4H（全てのヒスチジンがプロトン化している状態）の５つの状態について， M D シミュレーションから抽出した構造を用いて，3D - R I S M でチャネル内のプロトン（ヒドロニウムイオン）および水 分子の分布および平均力ポテンシャルを計算した。0H~2H では平均力ポテンシャルに大きな障壁が存在しており，水 もプロトンも透過の可能性は無いことが分かる。3H では 5. k J /mol 程度の障壁が見られるが，これは熱運動で超えるこ とができる程度の障壁である。4H ではゲートは 3H よりも開いているものの，障壁が高くなり，プロトン透過性はむし ろ下がっていることが分かる。ゲートの開閉はプロトン化したヒスチジン間の静電反発により起こるため 0H，1H，2H， 3H，4H とプロトン化状態が進むほどゲートは大きく開くが，一方でプロトン化したヒスチジンにより，正の静電ポテンシャ ルが作られるため，ヒドロニウムイオンには反発力が働くことになる。したがって，M2 チャネルのプロトン透過性はゲー ト開閉による立体障害とプロトン化による静電反発のトレードオフによって決まることになる。［J. Am. Chem. Soc. 132, 9782–9788 (2010) に既報］
b).D NA . B -Z 転移に対する塩効果：3D -R IS M 理論による解析：D NA は通常生体内で右巻き二重螺旋の B 構造を取るが，.
癌細胞中などでは左巻きの Z 構造を取ることが知られている。また，溶媒の塩濃度が高くなると B から Z 構造に転移 することが実験的に確認されている。
. この DNA の構造相転移について２つのモデルが提唱されている。一つは Saenger らの“ 経済的な水和” モデルである。 このモデルは二重螺旋構造安定化の主要因を水和とみなす。塩濃度が上がるにつれて，水和に寄与する水分子の実効 的な濃度が減少するため，リン酸基間の架橋によって水分子を効率的に利用することができる Z 構造の方が有利にな るという説である。もう一つはリン酸同士のクーロン反発がイオン水溶液によって遮蔽されるというモデルである。こ の２つのモデルのどちらが正しいかを調べるためには水分子とイオンを正しく取り扱う必要がある。
. 我々は分子性液体を取り扱うことのできる 3D -R ISM 理論と構造最適化プログラムと組み合わせて D NA の B –Z 転移の メカニズムを調べた。
. NaC l. 2M 水溶液中での B- 及び Z -DNA の最安定構造と周りの溶媒和構造を見ると，B-DNA では Na イオン（黄）はリ ン酸基の周りに局在化している。Z - D N A では N a イオンの分布はリン酸と塩基対を含む広い領域に非局在化している。 リン酸基周りの動径分布関数で確認すると Z - D N A の方が N a イオンをより強く結合している事がわかった。また 2M. NaC l 水溶液中の水の分布は 0M 時よりも減少していて，リン酸基間に架橋が見られず，Saenger らのモデルと一致しな かった。
. 二つの構造の自由エネルギー比較すると NaC l の濃度が高くなるにつれて B 構造よりも Z 構造が安定になり実験結果と 定性的に一致した。純水中では Z 構造は B 構造に比べて構造エネルギー（リン酸基間のクーロン反撥）が高く不安定 であるが，N aC l の濃度が高くなると溶媒和自由エネルギーおけるイオンの寄与が大きくなり安定化する。これはイオン による遮蔽効果が B–Z 転移の主要因であることを示している。［J. Phys. Chem. B 114, 6464–6471 (2010) に既報］
B -1). 学術論文
T. YUI, H. SHIIBA, Y. TSUTSUMI, S. HAYASHI, T. MIYATA and F. HIRATA, “Systematic Docking Study of Carbohydrate Binding Module Protein of Cel7A with Cellulose Ia Crystal Model,” J. Phys. Chem. B 114, 49–58 (2009).
R. ISHIZUKA and F. HIRATA, “The Dynamics of Solvent around a Solute: Generalized Langevin Theory,” Phys. Rev. E 81, 011202 (7 pages) (2010).
Y. MARUYAMA, N. YOSHIDA and F. HIRATA, “Revisiting the Salt-Induced Conformational Change of DNA with 3D- RISM Theory,” J. Phys. Chem. B 114, 6464–6471 (2010).
S. PHONGPHONPHANEE, N. YOSHIDA and F. HIRATA, “Molecular Selectivity in Aquaporin Channels Studied by the 3D-RISM Theory,” J. Phys. Chem. B 114, 7967–7973 (2010).
S. PHONGPHONPHANEE, T. RUNGROMONGKOL, N. YOSHIDA, S. HANNONGBUA and F. HIRATA, “Proton Transport through the Influenza A M2 Channel: 3D-RISM Study,” J. Am. Chem. Soc. 132, 9782–9788 (2010).
T. MIYATA, Y. IKUTA and F. HIRATA, “Free Energy Calculation Using Molecular Dynamics Simulation Combined with Three Dimensional Reference Interaction Site Model (3D-RISM) Theory. I. Free Energy Perturbation and Thermodynamic Integration along Coupling Parameter,” J. Chem. Phys. 133, 044114 (15 pages) (2010).
B -3). 総説，著書
生田靖弘，平田文男 ,.「3D - R IS M 理論による環境・エネルギー問題への挑戦—バイオマスエタノールの有効活用を目指し て—」,.計算工学 ,.vol. 15, 18 (2010).
平田文男，吉田紀生，S. PHONGPHANPHANEE,.「分子認識とイオンチャネルの統計力学理論」,.Medical Bio.10月別冊「揺 らぎと生体機能」,.寺嶋正秀監修.(2010).
N. YOSHIDA, Y. KIYOTA, S. PHONGPHANPHANEE, T. IMAI and F. HIRATA, “Statistical-Mechanics Theory of Molecular Recognition: Water and Other Molecules Recognized by Protein,” in Water, the forgotten biological molecule, Bihan and Fukuyama, Eds., Pan Stanford Publishing; Singapore (2010).
平田文男 ,.「化学のブレークスルー『理論化学編』」,.月刊「化学」別冊 ,.化学同人.(2010).
B -4). 招待講演
F. HIRATA, “Molecular Recognition Probed with the Statistical Mechanics of Molecular Liquids,” RIKEN Basic Science Interdisciplinary Research Project Mid Term evaluation symposium 2009, Wako, March 2010.
平田文男 ,.「ナノ分野における『グランドチャレンジ』課題への挑戦と計算科学」,.第一回「学際計算科学による新たな知の発見・ 統合・創出」シンポジウム,.筑波大学計算科学研究センター ,.つくば市 ,.2010 年 5月.
平田文男 ,.「R ISM-SC F 理論の開発と発展〜 R ISM-SC F 理論誕生秘話〜」,. 加藤重樹教授記念シンポジウム「化学反応のポテ ンシャル曲面とダイナミックス」,.京都大学理学研究科セミナーハウス,.京都市 ,.2010 年 6月.
F. HIRATA, “On the origin of energy produced by the hydrolysis reaction of ATP:3D-RISM-SCF study,” ICPOC-20: 20th International Conference on Physical Organic Chemistry, Busan (Korea), August 2010.
F. HIRATA, “Statistical Mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena,” EMLG-JMLG joint meeting 2010, Lviv (Ukraine), September 2010.
F. HIRATA, “Statistical mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena,” The Overseas Sokendai Lecture in Bankok: The lnaugural CU-IMS Joint Symposium, Bankok (Thailand), October 2010.
F. HIRATA, “Molecular Recognition in Biological Functions Revealed by Statistical Mechanics of Molecular Liquids,” 4th International symposium on “Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions,” Otsu, November–December 2010.
F. HIRATA, “Ligand binding and escaping pathway in myoglobin studied by the 3D-RISM theory,” Dynamics and Mechanisms of Photochemical Reactions of Biological Proteins, Pacifichem 2010, Honolulu (U.S.A.), December 2010.
吉田紀生 ,.「“ 計算科学” と“ 計算機科学” の連携による統計力学理論の超高並列化への挑戦」,.SS 研 HPC フォーラムe-science のフロンティア,.汐留シティセンター ,.東京 ,.2010 年 8月.
B -6). 受賞，表彰
平田文男 ,.日本化学会学術賞.(2001). 佐藤啓文 ,.日本化学会進歩賞.(2002). 鄭 誠虎 ,.日本物理学会若手奨励賞.(2008). 清田泰臣 ,.溶液化学シンポジウムポスター賞.(2010).
B -7). 学会及び社会的活動 学協会役員等
溶液化学研究会会長.(2010–.).
溶液化学研究会運営委員長.(2004–2010).
学会誌編集委員
Phys. Chem. Commun., Advisary Board.
Theoretical and Computational Chemistry,.編集委員. Condensed Matter Physics, Editorial Board. J. Chem. Phys., Editorial Board (2007–2010).
その他
超高速コンピュータ網形成プロジェクト「ナノサイエンス実証研究」拠点長.(2003–2007).
最先端・高性能スーパーコンピュータの開発利用「次世代ナノ統合シミュレーションソフトウエアの研究開発」拠点長.(2006–.). 岡崎市民講座「生命活動における「水」の働き」.(2009).
第 101回「国研セミナー」（岡崎市教育委員会主催）で講演「生命の営みと『水』」.(2010). 岡崎高校スーパーサイエンスハイスクール活動支援
講演「化学（分子科学）は地球環境・エネルギー危機の『救世主』となり得るか？」.(2009).
B -8). 大学での講義，客員
Harvard University Department of Molecular and Cellular Biology, “Statistical Mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena,” March 20, 2010.
国立情報学研究所 ,.客員教授 ,.2010 年 4月 1日–2011年 3月 31日.
B -10).競争的資金
科研費重点領域研究（公募研究）,.「電極の原子配列を考慮した電極−溶液界面の統計力学理論」,. 平田文男. (1997年 –1999 年 ).
科研費特定領域研究（公募研究）,.「理論的アプローチによる繊維金属を含む生体内化学反応の解明」,. 佐藤啓文. (1999年 – 2001年 ).
科研費奨励研究 ( A ) ,.「溶液内分子の核磁気共鳴スペクトルに対する非経験的手法に基づく理論の開発」,. 佐藤啓文. (1999年 – 2001年 ).
科研費基盤研究 (B),.「化学反応に対する溶媒効果の分子論」,.平田文男.(2000 年 –2003年 ).
科研費特定領域研究（計画研究）,.「統計力学密度汎関数理論に基づく液液界面構造の解明」,. A ndri y. K oval enko. (2001年 – 2004年 ).
科研費特定領域研究（計画研究）「生体内化学過程の統計力学理論」,. ,.平田文男.(2003年 –2007年 ).
科研費若手研究 ( B ) ,.「過冷却状態における分子性液体の動的不均一性に関する理論的及び計算機を用いた研究」,. 鄭誠虎. (2005年 –2007年 ).
科研費新学術領域研究（計画研究）,.「生体分子および溶媒の構造揺らぎと共役した機能発現過程の理論的解明」,. 平田文男. (2008年 –2013年 ).
科研費基盤研究 (A ),.「イオンチャネルの統計力学理論」,.平田文男.(2010 年 –2012 年 ).
C ). 研究活動の課題と展望
我々は過去数年の研究において「分子認識の理論」とも呼ぶべき新しい統計力学理論を構築しつつある。それは溶液内の超 分子や蛋白質などによる分子認識（複合体形成）過程を第一原理的に実現する方法論である。しかしながら，現在までの理 論では十分に取り扱うことができない問題がある。それは蛋白質の構造揺らぎと共役した機能発現過程（化学過程）である。 酵素反応やイオンチャネルなど蛋白質の機能発現においては基質分子を蛋白内に取り込む過程（分子認識）が重要であるが， このプロセスは単に「鍵と鍵孔」のような機械的なフィッティング過程ではない。例えば，酵素反応の場合，酵素の反応ポケッ ト周辺の構造が変化して，基質を取り込む現象は実験的にも良く知られている。また，イオンチャネルにイオンを取り込む際 の「ゲーティング」という機構も同様の構造揺らぎによって実現される。このような蛋白質の構造揺らぎと共役した化学過程を 取り扱うために，溶液のダイナミクスと共役した蛋白質の構造揺らぎを記述する理論の発展は今後の重要な課題である。 このような理論を発展させる上で，構造揺らぎのスケールに応じて二つの方向が考えられる。ひとつは蛋白質のフォールディ ングのようにグローバルな構造揺らぎを追跡する場合で，この場合は構造変化の時間的分解能よりはそのグロバールな安定 構造を探索することが重要である。この問題に対して我々はすでに 3D - R IS M 理論と拡張アンサンブル法を組み合わせた方 法論を提案しており，最近，分子動力学法と組み合わせた新しい方法論を開発した。一方，酵素反応の反応速度を追跡す る場合のように，蛋白質の比較的速い構造揺らぎが関与する場合には，溶液のダイナミクスと蛋白質の構造揺らぎとの動的 相関を記述する理論が必要である。我々は一般化ランジェヴァン理論と 3D-R ISM /R ISM 理論を結合した新たな理論の開発 に着手した。
米 満 賢 治（准教授） （1996 年 2 月 1 日着任）
A -1).専門領域：物性理論
A -2).研究課題：
a). 電荷秩序の光誘起融解の初期過程における電荷移動と分子振動の量子干渉 b). １次元絶縁体のサイズに依存して連続変化する絶縁破壊機構と伝導特性 c). 光誘起ダイナミクスが示す中性イオン性相転移に対する分子振動の役割
A -3).研究活動の概略と主な成果
a).２次 元 1/4 フィリングの有 機 導 体で電 荷 秩 序を有し，光 誘 起 融 解ダイナミクスがよく調べられているa- ( B E D T - T T F )2I3の初期過程に注目した。電荷秩序を安定化するのに最も重要なのはクーロン相互作用である。光照射後数百 フェムト秒の時間スケールでは分子配置の変化に対応する格子振動との結合が見えていた。光照射直後数十フェム ト秒では，相関をもつ多電子の運動と分子変形に対応する分子振動が見えることがわかった。これは分子間の電子 移動と分子振動の励起が同程度のエネルギーで起こるためであり，これらが量子的に干渉してファノ反共鳴を起こ す。従来の異方的三角格子上の拡張パイエルス・ハバード模型に分子振動とのホルシュタイン結合を加えて計算を 行った。多電子−フォノン系の厳密な波動関数の時間発展から，この干渉挙動を求めて実験結果とよい一致をみた。 光照射は分子間の電子移動を駆動し，分子振動を励起する。これらの位相が逆になって弱め合った後に分子振動に 相当する周期で電子が分子間で揺さぶられる。これらの位相がずれた後に金属への相転移が起きる。光照射前の電 荷秩序を主に安定化しているのはクーロン相互作用だが，分子振動との結合もかなり安定化に寄与していることが わかった。
b).絶縁破壊による非線形伝導機構として，ランダウ・ツェナーの議論したものと，一方の金属電極から物質の準位を 通して他方の金属電極に電子が移動するものがある。これらは文献でしばしば混同されているが本来は違う現象で ある。これらの関係を見るため非平衡グリーン関数法を用い，絶縁体と金属電極の結合を顕わに取り入れて電流電 圧特性を計算した。トランスファー積分交替によるバンド絶縁体とオンサイト斥力によるモット絶縁体のそれぞれの 模型に，界面付近のポテンシャル変調を生む長距離クーロン相互作用を加え，ハートリー近似で非平衡定常状態を 求めた。系が小さいとき左右の金属の化学ポテンシャルが伝導帯と価電子帯に位置して電子が流れ始めるのに対し， 系が大きいときはランダウ・ツェナーの絶縁破壊が起きる。前者は閾値電圧を，後者は閾値電場を持つ。つまり後者 では電場下で電子正孔対が絶縁体の相関長だけ離れて得るエネルギーが電荷ギャップを超えたときに電子が流れる。 これらの間の移り変わりは連続的で，それを再現するにはポテンシャル変調および電極付近の電子状態変調を考慮 する必要があることを示した。
c). 擬１次元 1/2 フィリングの交互積層型電荷移動錯体の T T F - C A はその光誘起中性イオン性相転移のダイナミクスが 以前から実験と理論で研究されている。最近格段に上がった時間分解能により，その初期ダイナミクスに分子振動 が観測されている。１次元拡張パイエルス・ハバード模型に準位交替を考慮した模型では，中性相とイオン性相で の電荷移動量と光学伝導度を矛盾なく説明することができなかった。分子振動とのホルシュタイン結合を考慮して初 めて，イオン性相がモット絶縁相であることを再現でき，光学伝導度の平衡状態でのスペクトルとその光誘起時間変 化を矛盾なく説明できることがわかった。
B -1). 学術論文
Y. TANAKA and K. YONEMITSU, “Growth Dynamics of Photoinduced Domains in Two-Dimensional Charge-Ordered Conductors Depending on Stabilization Mechanisms,” J. Phys. Soc. Jpn. 79, 024712 (8 pages) (2010).
S. MIYASHITA, Y. TANAKA, S. IWAI and K. YONEMITSU, “Charge, Lattice, and Spin Dynamics in Photoinduced Phase Transitions from Charge-Ordered Insulator to Metal in Quasi-Two-Dimensional Organic Conductors,” J. Phys. Soc. Jpn. 79, 034708 (9 pages) (2010).
N. MAESHIMA, K. HINO and K. YONEMITSU, “Photoinduced Coherent Oscillations in the One-Dimensional Two-Orbital Hubbard Model,” Phys. Rev. B 82, 161105 (4 pages) (2010).
Y. KAWAKAMI, T. FUKATSU, Y. SAKURAI, H. UNNO, H. ITOH, S. IWAI, T. SASAKI, K. YAMAMOTO, K. YAKUSHI and K. YONEMITSU, “Early-Stage Dynamics of Light-Matter Interaction Leading to the Insulator-to-Metal Transition in a Charge-Ordered Organic Crystal,” Phys. Rev. Lett. 105, 246402 (4 pages) (2010).
B -2). 国際会議のプロシーディングス
N. MAESHIMA, K. YONEMITSU and K. HINO, “Photoinduced Dynamics in the One-Dimensional Two-Orbital Degenerate Hubbard Model,” J. Phys.: Conf. Series 200, 012109 (4 pages) (2010).
Y. TANAKA and K. YONEMITSU, “Theory of I–V Characteristics for Two-Dimensional Charge-Ordered Electron Systems at Quarter Filling,” Physica B 405, S211–S213 (2010).
K. YONEMITSU, S. MIYASHITA and Y. TANAKA, “Frustration and Lattice Effects on Photoinduced Melting of Charge Orders in Quasi-Two-Dimensional Organic Conductors,” Physica B 405, S369–S372 (2010).
B -3). 総説，著書
K. YONEMITSU, “Theory of Photoinduced Phase Transitions in Quasi-One-Dimensional Organic Conductors,” in Molecular Electronic and Related Materials—Control and Probe with Light, T. Naito, Ed., Research Signpost/Transworld Research Network; Trivandrum, 305–320 (2010).
B -4). 招待講演
米満賢治 ,.「光誘起相転移ダイナミクスの理論：低次元の電気伝導性をもつ化合物を光で物性変化するための相互作用と構 造の模型解析」,.第２３期 C A MM フォーラム本例会 ,.東京 ,.2010 年 4月.
米満賢治 ,.「有機導体の光誘起絶縁体金属転移における量子フォノンと干渉効果」,.物性研短期研究会「外部場の時間操作と 実時間物理現象」,.東京大学 ,.2010 年 6月.
田中康寛 ,.「二次元有機導体における電荷秩序の光誘起融解ダイナミクスの理論」,. 物性研短期研究会「外部場の時間操作と 実時間物理現象」,.東京大学 ,.2010 年 6月.
K. YONEMITSU, S. MIYASHITA and N. MAESHIMA, “Photoinduced Modulation of Effective Interactions and Carrier Densities in Organic Mott Insulators,” International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010, Kyoto (Japan), July 2010.
K. YONEMITSU, Y. TANAKA, S. MIYASHITA and N. MAESHIMA, “Photoinduced Insulator-to-Metal Transition Dynamics in Models for Quasi-Two-Dimensional Organic Conductors,” The 9th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed and Nano-Materials, Brisbane (Australia), July 2010.
K. YONEMITSU, Y. TANAKA and N. MAESHIMA, “Quantum Phonon Effects on Photoinduced Insulator-to-Metal Transition Dynamics in Organic BEDT-TTF Salts,” The 10th Japan–China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena, Kyoto (Japan), October 2010.
米満賢治 ,.「B E D T -T T F 塩の電荷秩序の光誘起融解過程からみえる分子振動と格子変位の役割」,. 研究会「相関電子系にお ける電荷秩序と誘電異常—遷移金属酸化物と分子性化合物の最近の展開」,.青山学院大学 ,.2010 年 11月.
米満賢治，田中康寛 ,.「有限バイアス下における電荷秩序の挙動と非線形伝導」,. G - C OE 研究会「金属錯体の固体物性科学 最前線：錯体化学と固体物性物理と生物物性の連携新領域創成を目指して」,.東北大学 ,.2010 年 12月.
田中康寛 ,.「光と電流による物質の相変化：非平衡状態の理論的研究」,. 有機固体若手の会・冬の学校 2010：有機物質科学 博覧会 ,.諏訪 ,.2010 年 12月.
B -7). 学会および社会的活動 学協会役員等
日本物理学会名古屋支部委員.(1996–1997,.1998–2000). 日本物理学会第５６期代議員.(2000–2001).
日本物理学会領域７（分子性固体・有機導体分野）世話人.(2003–2004). 日本物理学会第６３期〜第６６期代議員.(2007–.).
学会の組織委員等
第４回光誘起相転移と協力現象国際会議「国際科学委員会」委員.(2010–.). 文部科学省，学術振興会，大学共同利用機関等の委員等
日本学術振興会産学協力研究委員会「分子系の複合電子機能第１８１委員会」委員.(2008–.). 日本学術振興会特別研究員等審査会専門委員.(2008–2010).
学会誌編集委員
日本物理学会誌 ,.編集委員.(1998–1999).
Journal of the Physical Society of Japan,.編集委員.(2006–.).
B -10).競争的資金
科研費基盤研究 (C ),.「低次元分子性導体の電荷秩序と絶縁機構 ,.光誘起非線型ダイナミクス」,.米満賢治.(2000 年 –2002 年 ). 科研費基盤研究 (C ),.「分子性物質の光誘起相転移と非平衡秩序形成」,.米満賢治.(2003年 –2006年 ).
科研費特定領域研究（計画研究）,.「極限環境下の分子性導体における集団的な電荷ダイナミクスの理論」,.米満賢治.(2003年 –2007年 ).
科研費基盤研究 (C ),.「分子性低次元導体の光誘起相転移動力学の理論」,.米満賢治.(2007年 –2010 年 ).
C ). 研究活動の課題と展望
光誘起相転移の動的挙動の実験および理論研究が進むにつれて，電子間や電子と格子振動および電子と分子振動の相互 作用や分子配置の幾何学的性質がどのように相転移に関わっているかがわかってきた。現時点で，光誘起電子状態が平衡 状態で実現される電子相のどれとも異なることや，供給されたエネルギーが異なる自由度の間で遷移する状況がわかってき ている。これまでの実験では，異なる時間スケールやプローブによる情報を解釈する時点で，平衡状態で成立する関係がし
ばしば暗黙に仮定された。しかし今や変遷する非平衡状態をそのまま観測し理論的に記述することが必要である。平衡状 態では表に出なかった，分子内の軌道および振動の自由度が，光誘起相転移に限らず平衡状態の記述をも変えつつある。こ れらを含めて広い時空スケールで相転移挙動を説明できて初めて非平衡の動的制御を論じられる。相関電子系の電圧や電 場に誘起される非平衡過程においても，相互作用の競合・協力が生む現象の理解を深める。
計算分子科学研究部門
斉 藤 真 司（教授） （2005 年 10 月 1 日着任）
A -1).専門領域：理論化学
A -2).研究課題：
a). 光励起反応ダイナミックスの理論研究
b).線形・非線形分光法による凝縮系ダイナミクスの理論研究 c). 過冷却液体のダイナミクスの理論研究
d).生体高分子における構造揺らぎ・構造多様性と構造変化の理論研究
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). 励起状態のポテンシャル面の精度を維持し効率よく計算する方法論を 10- H y droxy benzo[ h] qui nol i ne に適用し，光励 起にともなうプロトン移動ダイナミックスの解析を進めている。電子励起後の色素分子の振動コヒーレンス，さらに 色素分子の振動から周囲の溶媒分子への緩和ダイナミックス等の起源を明らかにした。
b).線形および非線形分光法による凝縮系のダイナミックス，とくに水の分子内および分子間ダイナミックスの解析を進 め，分子間運動の揺らぎ（スペクトル拡散）の起源，エネルギー緩和ダイナミックスを明らかにした。さらに，エネ ルギー緩和ダイナミックスに対する新しい解析手法を提案し，その手法による詳細な解析を行った。また，分子内振 動・変角運動における揺らぎの影響の解析を行った。変角運動に関する二次元赤外分光法等の解析から，変角運動 における変調への伸縮振動の影響など新たな知見を明らかにした。変角運動については，実験的にも未知の問題が 多いが，今後の実験の展開に期待がもたれる。
c). 多時間相関のアイディアを過冷却液体の不均一ダイナミックスの解析へと展開した。その結果，3 時間相関関数は不 均一ダイナミクスに非常に敏感であり，α緩和時間とは異なる動的不均一性の寿命を明らかにした。さらに，温度低 下とともに増大する協調的な不均一運動が Stokes-E instein 関係の破綻に関わることも明らかにした。また，ここ数年， 過冷却水の定圧比熱の特異的温度依存性について解析を進めてきたが，このような熱力学的異常性の起源となるダ イナミックスの時間・空間スケールを明らかにしたとともに，分光学的にプローブできる可能性を示した。
d).分子シミュレーションを利用し，細胞増殖に関わるタンパク質に関する構造揺らぎ・構造変化を解析した。さらに， 複数の状態に対する主成分解析および実験で得られている構造情報をも利用し，大域的な構造変化過程を提案した。 さらに，イヌミルクライソザイムの unf ol di ng 過程を解明するため，様々な温度における揺らぎや出現する構造を明 らかにし，構造変化がどのような状態を経て進行するかを解析した。
B -1). 学術論文
J. TAYAMA, A. ISHIHARA, M. BANNO, K. OHTA, S. SAITO and K. TOMINAGA, “Temperature Dependence of Vibrational Frequency Fluctuation of N3– in D2O,” J. Chem. Phys. 133, 014505 (11 pages) (2010).
K. KIM and S. SAITO, “Multi-Time Density Correlation Functions in Glass-Forming Liquids: Probing Dynamical Heterogeneity and its Lifetime,” J. Chem. Phys. 133, 044511 (10 pages) (2010).
