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
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
2010.9. 〜 2011.8. 2011 252 31
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。金属内包フラーレン， カーボンナノチューブ，グラフェンナノリボン等を取り上げて，化学修飾あるいはドーピングによる機能化を理論と 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，高周期元素を骨格にもつ新規な化合 物の構造，結合特性，電子特性，反応等を理論と計算および実験と共同して明らかにした。
c). 密度汎関数理論は，計算コストが低いので相当に大きい分子の大規模計算を可能にしている。しかしこれまでに開 発された代表的な汎関数の多くは，超分子，ゲスト−ホスト相互作用，分子認識，自己集合，生理活性，タンパク 質の立体 構造 等で本質的な働きをする非共有結合 相互 作用をうまく取り扱えない。このために，２次の M øl l er- P l esset 摂動（M P2）法の高並列化アルゴリズムを開発した。巨大な分子を効率的に計算するためには，全系を部分 系に分割して取り扱うフラグメント分子軌道（F M O）法や分割統治（D C ）法の高速化と高並列化を行い，ナノ分子 や生体分子の M P2 計算を実行できるようにした。これからの計算化学では，高速化ばかりでなく高精度化が重要に なる。すなわち，S chrödi nger 方程式の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 ）法を考案して，基底状態および励起状態の高精度計算を可能にした。この計 算方法を高速化するのに有効な新しいサンプリング法を開発した。
B -1). 学術論文
M. OKADA, T. NAKAHODO, M. O. ISHITSUKA, H. NIKAWA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, T. FUJIE, T. YOSHIMURA, Z. SLANINA and S. NAGASE, “Highly Regioselective Synthesis of Bis-Aziridino[60]fullerene with Sulfilimine,” Chem. –Asian J. 6, 416–423 (2011).
X. DING, J. GUO, X. FENG, Y. HONSHO, J. -D. GUO, S. SEKI, P. MAITARAD, A. SAEKI, S. NAGASE and D. JIANG,
“Synthesis of Metallophthalocyanine Covalent Organic Frameworks that Exhibit High Carrier Mobility and Photoconductivity,” Angew. Chem., Int. Ed. 50, 1289–1293 (2011).
H. KURIHARA, X. LU, Y. IIDUKA, N. MIZOROGI, Z. SLAMINA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA and S. NAGASE,
“Sc2C2@C80 Rather than Sc2@C82: Templated Formation of Unexpected C2v(5)-C80 and Temperature-Dependent Dynamic Motion of Internal Sc2C2 Cluster,” J. Am. Chem. Soc. 133, 2382–2385 (2011).
S. SATO, S. SEKI, Y. HONSHO, L. WANG, H. NIKAWA, G. LUO, J. LU, M. HARANAKA, T. TSUCHIYA, S. NAGASE and T. AKASAKA, “Semi-Metallic Single-Component Crystal of Soluble La@C82 Derivative with High Electron Mobility,” J. Am. Chem. Soc. 133, 2766–2771 (2011).
T. YANG, X. ZHAO and S. NAGASE, “Di-Lanthanide Encapsulated into Large Fullerene C100: A DFT Survey,” Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 5034–5037 (2011).
T. TANIKAWA, M. SAITO, J. -D. GUO and S. NAGASE, “Synthesis, Structures and Optical Properties of Trisilasumanenes and Its Related Compounds,” Org. Biomol. Chem. 9, 1731–1735 (2011).
M. YAMADA, M. MINOWA, S. SATO, Z. SLANINA, T. TSUCHIYA, Y. MAEDA, S. NAGASE and T. AKASAKA,
“Regioselective Cycloaddition of La2@Ih-C80 with Tetracyanoethylene Oxide: Formation of an Endohedral Dimetallofullerene Adduct Featuring Enhanced Electron-Accepting Character,” J. Am. Chem. Soc. 133, 3796–3799 (2011).
J. MIN, J. WON, Y. S. KANG and S. NAGASE, “Benzimidazole Derivatives in the Electrolyte of New-Generation Organic Dye-Sensitized Solar Cells with an Iodine-Free Redox Mediator,” J. Photochem. Photobiol., A 219, 148–153 (2011). Y. MAEDA, K. KOMORIYA, K. SODA, J. HIGA, T. NAKAMURA, M. YAMADA, T. HASEGAWA, T. AKASAKA, T. SAITO, J. LU and S. NAGASE, “Preparation and Characterization of Transparent and Conductive Thin Films of Single- Walled Carbon Nanotubes,” Nanoscale 3, 1904–1909 (2011).
M. MARUYAMA, J. -D. GUO, S. NAGASE, E. NAKAMURA and Y. MATSUO, “Isolation of Planar Four-Membered Aromatic Systems by Using Confined Spaces of Cobalt Pentaary[60]fullerene Complexes,” J. Am. Chem. Soc. 133, 6890–6893 (2011).
M. O. ISHITSUKA, S. SANO, H. ENOKI, S. SATO, H. NIKAWA, T. TSUCHIYA, Z. SLANINA, N. MIZOROGI, M. T. H. LIU, T. AKASAKA and S. NAGASE, “Regioselective Bis-Functionalization of Endohedral Dimetallofullerene, La2C80: Extremal La–La Distance,” J. Am. Chem. Soc. 133, 7128–7134 (2011).
Z. SLANINA, F. UHLIK, S. -L. LEE, L. ADAMOWICZ, T. AKASAKA and. S. NAGASE, “Computed Stabilities in Metallofullerene Series: Al@C82, Sc@C82, Y@C82, and La@C82,” Int. J. Quantum Chem. 111, 2712–2718 (2011).
L. FENG, S. G. RADHAKRISHNAN, N. MIZOROGI, Z. SLANINA, H. NIKAWA, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, S. NAGASE, N. MARTIN and D. M. GULDI, ”Synthesis and Charge-Transfer Chemistry of La2@Ih-C80/Sc3N@Ih-C80–Zinc Porphyrin Conjugates: Impact of Endohedral Cluster,” J. Am. Chem. Soc. 133, 7608–7618 (2011).
X. LU, T. AKASAKA and S. NAGASE, “Chemistry of Endohedral Metallofullerenes: The Role of Metals,” Chem. Commun. (Feature Article) 47, 5942–5957 (2011).
L. FENG, Z. SLANINA, S. SATO, K. YOZA, T. TSUCHIYA, N. MIZOROGI, T. AKASAKA, S. NAGASE, N. MARTIN and D. M. GULDI, “Covalently Linked Porphyrin-La@C82 Hybrids: Structural Elucidation and Investigation of Intramolecular Interactions,” Angew. Chem., Int. Ed. 50, 5909–5912 (2011).
Y. MAEDA, T. TSUCHIYA, X. LU, Y. TAKANO, T. AKASAKA and S. NAGASE, “Current Progress on the Chemical Functionalization and Supramolecular Chemistry of M@C82,” Nanoscale 3, 2421–2429 (2011).
F. HAJJAJ, K. TASHIRO, H. NIKAWA, N. MIZOROGI, T. AKASAKA, S. NAGASE, K. FURUKAWA, T. KATO and T. AIDA, “Ferromagnetic Spin Coupling between Endohedral Metallofullerene La@C82 and a Cyclodimeric Copper Porphyrin upon Inclusion,” J. Am. Chem. Soc. 133, 9290–9292 (2011).
X. GAO, J. L. HODGSON, D. E. JIANG, S. B. ZHANG, S. NAGASE, G. P. MILLER and Z. CHEN, “Open-Shell Singlet Character of Stable Derivatives of Nonacene, Hexacene and Teranthene,” Org. Lett. 13, 3316–3319 (2011).
X. LU, H. NIKAWA, T. KIKUCHI, N. MIZOROGI, Z. SLANINA, T. TSUCHIYA, S. NAGASE and T. AKASAKA,
“Radical Derivatives of Insoluble La@C74: X-Ray Structures, Metal Positions, and Isomerization,” Angew. Chem., Int. Ed. 50, 5909–5912 (2011).
M. KATOUDA, M. KOBAYASHI, H. NAKAI and S. NAGASE, “Two-Level Hierarchical Parallelization of Second-Order Møller–Plesset Perturbation Calculations in Divide-and-Conquer Method,” J. Comput. Chem. 32, 2756–2764 (2011). X. LU, Y. LIAN, C. M. BEAVERS, N. MIZOROGI, Z. SLANINA, S. NAGASE and T. AKASAKA, ”Crystallographic X-Ray Analyses of Yb@C2v(3)-C80 Reveal a Feasible Rule That Governs the Location of a Rare Metal inside a Medium-Sized Fullerene,” J. Am. Chem. Soc. 133, 10772–10775 (2011).
G. LUO, X. QIAN, H. LIU, R. QIN, J. XHOU, L. LI, Z. GAO, E. WANG, W. -N. MEI, J. LU, Y. LI and S. NAGASE,
”Quasiparticle Energies and Excitonic Effects of the Two-Dimensional Carbon Allotrope Graphdiyne: Theory and Experiment,” Phys. Rev. B 84, 075439 (5 pages) (2011).
T. NAKAHODO, M. O. ISHITUKA, Y. TAKANO, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA, M. A. HERRANZ, N. MARTIN, D. M. GULDI and S. NAGASE, “Organosulfur-Based Fullerene Materials,” Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 186, 1308–1311 (2011).
T. YANG, X. ZHAO, Q. XU, C. ZHOU, L. HE and S. NAGASE, “Non-IPR Endohedral Fullerene Yb@C76: Density Functional Theory Characterization,” J. Mater. Chem. 21, 12206–12209 (2011).
T. TSUCHIYA, M. WIELOPOLSKI, N. SAKUMA, N. MIZOROGI, T. AKASAKA, T. KATO, D. M. GULDI and S. NAGASE, “Stable Radical Anions inside Fullerene Cages: Formation of Reversible Electron Transfer Systems,” J. Am. Chem. Soc. 133, 13280–13283 (2011).
X. DING, L. CHEN, Y. HONSHO, X. FENG, O. SAENGSAWANG, J. -D. GUO, A. SAEKI, S. SEKI, S. IRLE, S. NAGASE, V. PARASUK and D. JIANG, “An n-Channel Two-Dimensional Covalent Organic Framework,” J. Am. Chem. Soc. 133, 14510–14513 (2011).
K. SAWAI, Y. TAKANO, M. IZQUIERDO, S. FILIPPONE, N. MARTIN, Z. SLANINA, N. MIZOROGI, M. WAELCHLI, T. TSUCHIYA, T. AKASAKA and S. NAGASE, “Enantioselective Synthesis of Endohedral Metallofullerenes,” J. Am. Chem. Soc. 133, 17746–17752 (2011).
M. SAITO, T. KUWABARA, K. ISHIMURA and S. NAGASE, “Synthesis of a Novel Lithocene that has Aromatic-Like Nature without Nonaromatic Rings,” Chem. –Asian J. 6, 2907–2910 (2011).
H. LEI, J. -D. GUO, J. C. FETTINGER, S. NAGASE and P. P. POWER, “Synthesis, Characterization, and CO Elimination of Ferrio-Substituted Two-Coordinate Germylenes and Stannylenes,” Organometallics 30, 6316–6322 (2010).
S. A. MIAN, X. GAO, S. NAGASE and J. JANG, “Adsorption of Catechol on a Wet Silica Surface: Density Functional Theory Study,” Theor. Chem. Acc. 130, 333–339 (2011).
L. WANG, J. ZHENG, J. ZHOU, R. QIN, H. LI, W. -N. MEI, S. NAGASE and J. LU, “Tuning Graphene Nanoribbon Field Effect Transistors via Controlling Doping Level,” Theor. Chem. Acc. 130, 483–489 (2011).
Y. OHTSUKA and S. NAGASE, “Projector Monte Carlo Method Based on Slater Determinants: A New Sampling Method for Singlet State Calculations,” Theor. Chem. Acc. 130, 501–505 (2011).
G. LUO, L. WANG, H. LI, R. QUI, J. ZHOU, L. LI, Z. GAO, W. -N. MEI, J. LU and S. NAGASE, “Polarized Nonresonant Raman Spectra of Graphene Nanoribbons,” J. Phys. Chem. C 115, 24463–24468 (2011).
J. ZHOU, L. WANG, R. QIN, J. ZHENG, W. N. MEI, P. A. DOWBEN, S. NAGASE, Z. GAO and J. LU, “Structure and Electronic and Transport Properties of Transition Metal Intercalated Graphene and Graphene-Hexagonal-Boron-Nitride Bilayer,” J. Phys. Chem. C 115, 25273–25280 (2011).
B -3). 総説，著書
T. LU, T. AKASAKA and S. NAGASE, “Rare Earth Metals inside Fullerenes—Endohedral Metallofullerenes (EMFs),” in Rare Earth Coordination Chemistry—Fundamentals and Applications, C. Huang, Ed., John Wiley, Chapter 7, pp. 273–308 (2010).
山田道夫，佐藤悟，赤阪健，永瀬 茂 ,.「金属内包フラーレン—その構造と電子的特性を制御する」,.化学 .66, 68–69 (2011). 永瀬 茂 ,.「ケイ素・ゲルマニウム・スズ・鉛の特徴と炭素との比較」,.「炭素学—基礎物性から応用展開まで」,. 田中一義 ,. 東原秀和 ,.篠原久典編 ,.39–46 (2011).
B -4). 招待講演
S. NAGASE, “Interesting Bonds and Structures Provided by Heavier Main Group Elements and Transition Metals,” 2011 Congress of World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC-2011), Santiago de Compostela (Spain), July 2011.
S. NAGASE, “Interesting Bonds Formed by Heavier Main Group Elements,” 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII), Tokyo (Japan), September 2011.
永瀬 茂 ,.「理論計算と実験のインタープレイ」,.第２２回基礎有機化学討論会 ,.つくば ,.2011年 9月.
永瀬 茂 ,.「高周期典型元素化学の特徴—基礎的な理解」,.第８回有機元素化学セミナー ,.京都 ,.2011年 11月.
B -6). 受賞，表彰
永瀬 茂 ,.科学技術分野の文部科学大臣表彰・科学技術賞（研究部門）.(2011).
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 .
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 (2006–2009).
Theochem, Editorial Board (2007–2010). Comput. Theor. Chem., Editorial Board (2011– ). Chem. Rec., Editorial Board (2011– ).
B -8). 大学での講義，客員
筑波大学大学院 ,.集中講義「化学特別講義」,.2011年 1月 17日–18日. 城西大学大学院 ,.集中講義「有機物質設計特論」,.2011年 7月 28日–29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。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。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とそのデバイス科学への展開 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 d).金属クラスターの電子物性
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). 理論や計算手法の開発と計算機能力の飛躍的な向上のおかげで，次世代量子デバイス候補となり得るナノ構造体の 個々の物性の理解は格段に進んでいる。しかしその一方で，大容量，超高速，超極小，高効率，新規化学反応性等， 次世代量子デバイスに課せられた要求レベルは非常に高く，個々の物性の理解と機能性量子デバイス開発の間には 未だ大きな隔たりがあることも事実である。この溝を埋めるためには，機能性発現のメカニズムの解明を行い，任意 の機能性を物質に付加する方法を見出す必要がある。我々は，ナノ構造体における機能性発現には光誘起電子ダイ ナミクスが極めて重要な鍵を握ると考える。本研究課題では，ナノ構造体における実時間・実空間電子・電磁場ダ イナミクスの第一原理計算を行い，ナノ構造体機能性発現のメカニズムを根源から理解することを目標として研究を 進めた。本年はナトリウムクラスターにおけるプラズモン励起の詳細を明らかにした。また，電子ダイナミクス法の 超並列化計算に向けたプログラム開発を集中的に行った。
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，吸着系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。昨年に引き続き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。更に，OC M 法を第一原理計算と組み合わせ，より 実在系に近い表面吸着系の励起状態を含む電子状態を記述することに成功した。
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。本年は特に理論計算プログラムの 開発を進め，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の詳細を明らかにした。我々の理論では熱緩 和の効果を取り込む事ができるが，温度によって励起子ポラリトンの伝播経路が変わるだけではなく，経路そのもの をコントロールすることにも成功した。
d).金ナノクラスターの超高速電子的緩和過程の詳細を実験グループと共同で明らかにした。対象とする金ナノクラス ターの幾何学的構造の影響を受けた特異な緩和過程が起こることを見出した。
B -1). 学術論文
T. YASUIKE and K. NOBUSADA, “Open-Boundary Cluster Model Implemented in First-Principles Calculations for Electronic Excited States of an Adsorbate-Surface System,” Phys. Rev. B 84, 245408 (8 pages) (2011).
T. YASUIKE, K. NOBUSADA and M. HAYASHI, “Collectivity of Plasmonic Excitations in Small Sodium Clusters with Ring and Linear Structures,” Phys. Rev. A 83, 013201 (7 pages) (2011).
Y. KUBOTA and K. NOBUSADA, “Exciton–Polariton Transmission in Quantum Dot Waveguides and a New Transmission Path due to Thermal Relaxation,” J. Chem. Phys. 134, 044108 (8 pages) (2011).
K. WATANABE, Y. MATSUMOTO, T. YASUIKE and K. NOBUSADA, “Adsorbate-Localized versus Substrate-Mediated Excitation Mechanisms for Generation of Coherent Cs–Cu Stretching Vibration at Cu(111),” J. Phys. Chem. A 115, 9528–9535 (2011).
M. Y. SFEIR, H. QIAN, K. NOBUSADA and R. JIN, “Ultrafast Relaxation Dynamics of Rod-Shaped 25-Atom Gold Nanoclusters,” J. Phys. Chem. C 115, 6200–6207 (2011).
H. HIMENO, K. MIYAJIMA, T. YASUIKE and F. MAFUNE, “Gas Phase Synthesis of Au Clusters Deposited on Titanium Oxide Clusters and Their Reactivity with CO Molecules,” J. Phys. Chem. A 115, 11479–11485 (2011).
B -4). 招待講演
K. NOBUSADA, “Photoinduced Electron Dynamics in Nanostructures: Nonuniform and Self-Consistent Light-Matter Interactions,” The Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII), Waseda University, Tokyo (Japan), September 2011.
K. NOBUSADA, “Nonuniform and Self-Consistent Light-Matter Interaction Theory for Electron Dynamics in Nanostructures,” The 2nd France-Japan Workshop on Nanophotonics, Toba, November 2011.
信定克幸 ,.「表面吸着系のコヒーレント核振動ダイナミクスの理論」,.自然科学における階層と全体シンポジウム,. 名古屋市 ,. 2011年 1月.
信定克幸 ,.「ナノ構造体における電子・電磁場ダイナミクスの大規模並列化計算」,. スーパーコンピューターワークショップ ２０１１,.岡崎市 ,.2011年 1月.
安池智一 ,.「金属表面吸着種の光誘起コヒーレント振動の誘起メカニズム」,.第２回表面科学若手研究会 ,.理化学研究所 ,.2011 年 11月.
安池智一 ,.「複素対称行列の固有値問題に帰着する分子の諸現象について」,.日本応用数理学会２０１１年若手の会単独研究 会 ,.早稲田大学 ,.2011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–.).
The Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics, Local Organizing Committee (2010– 2011).
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–..
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 –2010 年 ). 科研費若手研究 (B),.「開放系電子状態理論による界面光分子科学の基礎研究」,.安池智一.（2011年 –.).
C ). 研究活動の課題と展望
理論や計算手法の開発と計算機能力の飛躍的な向上のおかげで，次世代量子デバイス候補となり得るナノ構造体の個々の 物性の理解は格段に進んでいるが，その一方で，次世代量子デバイスに課せられた要求レベルは非常に高く，個々の物性 の理解と機能性量子デバイス開発の間には未だ大きな隔たりがあることも事実である。この溝を埋めるためには，機能性発 現のメカニズムの解明を行い，任意の機能性を物質に付加する方法を見出す必要がある。我々は，ナノ構造体における機能 性発現には光誘起電子ダイナミクスが極めて重要な鍵を握ると考え，ナノ構造体機能性発現のメカニズムを根源から理解す るとともに，光エネルギー伝播，超高速スイッチング，量子データ転送，光触媒作用等の光・電子機能を持つ量子デバイス を計算により提案し設計することを目指している。また，より実在系に近い物質系を対象とするためにも，スーパーコンピュー タを駆使した数値計算的研究も極めて重要な研究課題と考える。超並列計算に向けた数値計算プログラムの開発も同時に 進めている。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，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も進め 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). 密度行列繰り込み群に基づく多参照電子状態理論の開発 b).F 12 相関因子を用いた正準トランスコリレート理論の開発
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。 これまで，当研究室では，このような距離スケールな強い複雑な電子相関を記述するための厳密対角化法，ab. i nitio 密 度行列繰り込み群（D M R G）法の新しい実装を開発してきた。また，この手法を利用した，多配置 C A S S C F 波動関数 で記述するための手法開発（D M R G -SC F ）を行い，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。本研究では，密度行列繰り込み群を出発して動的電子相関を二次の摂動論から効率よく見積もる DMR G-C A SPT 2（C omplete-A ctive-Space. Second-order. Perturbation. T heory）法を開発した。C A SPT 2 法は，オリジナル には R oos らによって開発されてきたが，従来法では適用可能な活性化軌道のサイズに限界があったが，本手法はその 適用サイズを飛躍的に広げた。D M R G - C A S PT 2 法を用いて，C r2の解離ポテンシャルの計算に応用し，高精度に実験 から見積もられたポンテシャル曲線を再現した。
b).F12 相関因子を用いた正準トランスコリレート理論を導出し分子系に応用した。量子化学の電子相関計算において，価 電子の動的相関は定量的な記述において重要である。一般的には，摂動論，配置間相互作用法，結合クラスター法が 用いられるが，これらの計算法の精度は，共通して，計算の基盤となる基底関数のクオリティーに高く依存し，また， 基底関数の数に対する基底関数誤差の収束は遅いことが知られている。（解析的には L
–3
で収束。Ｌは基底関数の最高 次角運度量の量子数。）F12 相関理論は，動的相関の電子カスプを対関数をもちいて解析的にレギュレートする手法と して成功しており，近年盛んに研究が進めれれている。本研究は，この F12 理論の相関因子をハミルトニアンに事前に 繰り込み，相関したハミルトニアンを構築する理論を開発した。
B -1). 学術論文
W. MIZUKAMI, T. NAKAJIMA, K. HIRAO and T. YANAI, “A Dual-Level Approach to Four-Component Relativistic Density-Functional Theory,” Chem. Phys. Lett. 508, 177–181 (2011).
Y. KURASHIGE and T. YANAI, “Second-Order Perturbation Theory with a DMRG Self-Consistent Field Reference Function: Theory and Application to the Study of Chromium Dimer,” J. Chem. Phys. 135, 094104 (9 pages) (2011).
B -3). 総説，著書
柳井 毅，天能精一郎，平田聡，中野晴之，安田耕二と共著 ,.「第１章 電子状態の計算科学」,.「分子システムの計算科学.
—電子と原子の織り成す多体系のシミュレーション—[ 計算科学講座６]」,.共立出版.(2010)..ISBN978-4-320-12271-0
B -4). 招待講演
T. YANAI, “Advanced Multireference Method for Molecular Quantum Electronic States,” The 4th Czech-Slovak-Japan Symposium on Theoretical Chemistry, Prague (Czech), May 2011.
T. YANAI, “Advanced multireference methods for molecular strongly-correlated electronic states,” European Seminar on Computational Methods in Quantum Chemistry 2011, Drøbak (Norway), June 2011.
T. YANAI, “Advanced Multireference Quantum Chemistry with Large Active Space,” The Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics, Tokyo (Japan), September 2011.
T. YANAI, “Efficient multireference methods based on large active space density matrix renormalization group,” Recent Advances in Many-Electron Theories (RAMET) II 2011, Puri (India), December 2011.
柳井 毅 ,.「密度行列繰り込み群を用いた多参照電子状態計算」,.量子化学ウィンタースクール〜基礎理論を中心として〜（講 師）,.岡崎コンファレンスセンター ,.2011年 12月.
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.(2007–2012). HPC I 戦略プログラム 分野２「新物質・エネルギー創成」コミュニティメンバー.(2010–.).
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 ,.「機能分子基礎理論」,.2011年 12月 13日–15日.
B -9). 学位授与
水上 渉 ,.「Quantum chemistry of π conjugated systems through multireference theory」,.2011年 3月,.博士（理学）.
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（DMR G）」「DMR G- 正準 変換理論」「DMR G-C A SPT 2」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であることを実証してき た。本手法の威力を発揮して，未知なる電子状態を解明する理論計算を推し進める。
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). 電解質水溶液中におけるテロメア D N A の最安定構造：テロメアは特徴的な繰り返し配列を持つ D N A の末端部分で， 染色体の末端部分を保護している。そのため癌の増殖や老化などの生命現象に密接に関係している。テロメアは一般 的な二 重 螺 旋 構 造 ではなく，陽 イオンを中 心に 配 置したグアニン四 重 構 造（G - quadrupl ex）を形 成 する。この G - quadrupl ex 形成において多様なループの可能性があり，いくつかのモデル構造（bask et 型，chai r 型，hy bri d 型， propel l er 型）が提案されている。また，中心に配置される陽イオンによって構造が変化することも知られている。N a+ イオン存在下の溶媒中では bask et 型と呼ばれる構造を取るが，K C l 溶液中の構造は，まだ，決定されていない。本研 究では 3D-R ISM 理論に基づき，K C l 溶液中でのテロメアの安定構造を予測することを目的とした。
. まず，3D - R I S M 理論がイオン溶液中でのテロメア構造の実験結果を正しく再現できるかどうかを確認するため，N aC l 溶液中でのテロメアの自由エネルギーを計算した。その結果，実験結果と一致して basket 型が最も安定であるという結 果が得られた。この結果により我々の手法がテロメアの構造安定性を調べるのに有効である事が確認できた。
. そこで，K C l.0.1M 水溶液中での自由エネルギーを求めたところ，chair 型が最も安定であることが分かった。この結果は， その後，崇城大学のグループによる F R E T の実験によって確認された。
. 以上の結果よりテロメアの構造は陽イオンの種類によって変化し，Kイオン存在下の溶媒中では chai r 型が安定である 事が明らかになった。［J. Phys. Chem. B 115, 2408 (2011) に既報］
b).理論は薬づくりにどう役立つか—uu-3D-R ISM に基づく創薬研究に向けた新たなアプローチ—：本研究では，従来 の 3D - R I S M 理論を改良して，直接，創薬に応用できる新しい理論を uu-3D - R I S M 理論を提案し，その応用例として， Phospholipase. A 2 に対するアスピリンの結合モードを解析した。このタンパク質は，発熱や痛みのもとになるアラキドン
酸を合成することで知られている。また近年，非ステロイド性の薬として有名なアセチルサリチル酸（アスピリン）も 結合することが実験によって明らかにされた。新たな薬の開発にもつながるため，創薬分野でモデルタンパク質の一つ とされている。uu-3D -R IS M 理論を用いてこのようなタンパク質−リガンド分子系を解くと，タンパク質の内外における リガンド分子の分布関数を求めることができる。分布関数は，その位置にどのくらいの確率でリガンド分子が存在する かの指標を表す関数である。従って，分布関数が大きい値を取る箇所は，そこにリガンドが結合しやすいことを意味す る。この分布関数を解析すれば，自動的にリガンド分子がどこにどのように結合するのかが分るのである。
. 今回は，そのような解析のためのスコア関数を定義し，それに基づいてリガンド分子であるアスピリンの位置および配 向を決定した。解析結果，3D - R I S M 理論から予測した構造がＸ線結晶解析で得られた構造とほぼ一致していることが 分かった。［J. Chem. Theory Comput. 7, 3803 (2011) に既報］
. スコア関数を用いた解析は，企業などの創薬研究でも同じように行われているが，その多くは物理化学的な根拠を持っ ていない。言い換えると，多くの場合，鍵と鍵穴のように幾何学的な議論しかしていない。我々の研究の強みは，分布 関数という物理化学的に重要な意味を持つ量を基にしていることである。今回のような解析が確立すれば，より確かな 創薬研究が可能になると考えている。
B -1). 学術論文
H. TANAKA, N. YOSHIDA, Y. IKUTA, Y. KIYOTA and F. HIRATA, “RISM-SCF Study of the Solvation Effect on a Nucleophilic Aromatic Substitution between 4-Fluoronitrobenzen and Azide Anion,” Int. J. Liq. State Sci. 2, 15–24 (2010). N. YOSHIDA, Y. KIYOTA and F. HIRATA, “The Electronic-Structure Theory of a Large-Molecular System in Solution: Application to the Intercalation of Proflavine with Solvated DNA,” J. Mol. Liq. 159, 83–92 (2011).
Y. KIYOTA, N. YOSHIDA and F. HIRATA, “Affinity of Small Ligands to Myoglobin Studied by the 3D-RISM Theory,” J. Mol. Liq. 159, 93–98 (2011).
Y. MARUYAMA, T. MATSUSHITA, R. UEOKA and F. HIRATA, “Solvent and Salt Effects on Structural Stability of Human Telomere,” J. Phys. Chem. B 115, 2408–2416 (2011).
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. II. Thermodynamic Integration along Reaction Coordinates,” J. Chem. Phys. 134, 44127–44144 (2011).
T. IMAI, N. MIYASHITA, Y. SUGITA, A. KOVALENKO, F. HIRATA and A. KIDERA, “Functionality Mapping on Internal Surfaces of Multidrug Transporter AcrB Based on Molecular Theory of Solvation: Implications for Drug Efflux Pathway,” J. Phys. Chem. B 115, 8288–8295 (2011).
D. J. SINDHIKARA, “Modular Reweighting Software for Statistical Mechanical Analysis of Biased Equilibrium Data,” Comput. Phys. Commun. 182, 2227–2231 (2011).
D. J. SINDHIKARA, N. YOSHIDA and M. KATAOKA, “Solvent Penetration in Photoactive Yellow Protein R52Q Mutant: A Theoretical Study,” J. Mol. Liq. 164, 120–122 (2011).
Y. KIYOTA, N. YOSHIDA and F. HIRATA, “A New Approach for Investigating the Molecular Recognition of Protein: Toward Structure-Based Drug Design Based on the 3D-RISM Theory,” J. Chem. Theory Comput. 7, 3803–3815 (2011).
B -3). 総説，著書
平田文男 ,.「『次世代スパコン』で何ができるか？—蓮舫議員の疑問に答えて」,.日本の科学者 .vol. 45(No. 12), 16–21 (2010). Y. MARUYAMA, N. YOSHIDA and F. HIRATA, “Electrolytes in Biomolecular Systems Studied with the 3D-RISM/RISM Theory,” Interdiscip. Sci. Comput. Life Sci. 3, 1–18 (2011).
S. PHONGPHANPHANEE, N. YOSHIDA and F. HIRATA, “Molecular Recognition Explored by a Statistical-Mechanics Theory of Liquids,” Curr. Pharm. Des. 17, 1740–1757 (2011).
吉田紀生，丸山 豊，S. PHONGPHANPHANEE，清田泰臣，平田文男,.「分子認識の統計力学と生体機能」,.生物物理 51(5), 222–225 (2011).
B -4). 招待講演
平田文男 ,.「分子認識の統計力学と生体機能」,.自然科学研究機構岡崎統合バイオサイエンスセンター「１０周年記念シンポ ジウム」,.岡崎コンファレンスセンター ,.2011年 2月.
F. HIRATA, “Statistical Mechanics of Molecular Liquids Reveals Elementary Processes in Life Phenomena,” Third Korea- Japan Seminars on Biomolecular Sciences: —Experiments and Simulations,” Jeju (Korea), February–March 2011.
F. HIRATA, “Exploring life phenomena with a theory featuring chemical ‘specificity’ and physical ‘universality,’” Elemental Processes of Life Phenomena, revealed by the RISM/3D-RISM Theory, Okazaki, March 2011.
F. HIRATA, “Theory of Molecular Recognition and its Application to Drug Design,” ICCS2011, Singapore (Singapore), June 2011.
F. HIRATA, “Exploring life phenomena with a theory featuring chemical ‘specificity’ and physical ‘universality,’” Statistical Mechanics Approaches to Biomolecular Applications, Seoul (Korea), June 2011.
F. HIRATA, “Collaboration between computer and computational scientists make high performance computing on the K-computer a reality,” ISC’11 HPC in Asia Workshop, Hamburg (Germany), June 2011.
F. HIRATA, “Statistical Mechanics Theory of Molecular Recognition and its Application to Pharmaceutical Design,” Telluride Wrokshop on Free Energy Simulation, Telluride (U.S.A.), July 2011.
平田文男 ,.「高速 3D-R ISM の開発について」,.C MSI・計算分子科学研究拠点第２回研究会 ,.神戸 ,.2011年 8月.
F. HIRATA, “Exploring life phenomena with a Statistical Mechanics of Molecular Solution,” 32th International Conference on Solution Chemistry, La Grande Motte (France), August–September 2011.
F. HIRATA, “Exploring life phenomena with a theory featuring chemical ‘specificity’ and physical ‘universality,’” Israel -Japan Joint Symposium on Biophysics: Protein Dynamics “From single molecules to whole cell,” Biophysics Society meeting in Japan, Himeji, September 2011.
F. HIRATA, “Exploring life phenomena with a Statistical Mechanics of Molecular Solution,” The 71st Okazaki International Conference “New perspectives on molecular science of glycoconjugate,” Okazaki, October 2011.
平田文男 ,.“Exploring life phenomena with a Statistical Mechanics of Molecular Solution,”.液体・溶液の微視的構造からダ イナミクスまで〜最近の研究結果から見えてくるもの〜,.愛媛大学 ,.松山市 ,.2011年 11月.
吉田紀生 ,.「液体の積分方程式理論に基づく溶液内生体分子の電子状態理論」,. 液体・溶液の微視的構造からダイナミクス まで〜最近の研究結果から見えてくるもの〜,.愛媛大学 ,.松山市 ,.2011年 11月.
吉田紀生 ,.「液体の積分方程式理論を用いた溶液内化学過程に関する研究」,. 第３４回溶液化学シンポジウム,. 名古屋大学 ,. 名古屋市 ,.2011年 11月.
吉田紀生 ,.「QM/MM/3D-R ISM 理論の開発とプログラムの高速化」,. 第３回 HPC I 戦略プログラム合同研究交流会 ,. 計算科学 研究機構 ,.神戸市 ,.2011年 10月.
Y. MARUYAMA, “Accelerating 3D-RISM calculation: Graphics Processing Unit and Massive Parallel Machine,” Elemental Processes of Life Phenomena, Revealed by the RISM/3D-RISM Theory, Okazaki (Japan), 2011年3月.
丸山 豊 ,.「液体の積分方程式理論（3D-R ISM 理論）の解法とGPU による高速化」,. 応用数理学会年会 ,.京都.（日本）,. 2011年 9月.
丸山 豊 ,.「G PU による 3D-R ISM の高速化とMD-3D R ISM への応用」,. 液体・溶液の微視的構造からダイナミクスまで〜最 近の研究結果から見えてくるもの〜,.愛媛大学 ,.松山市 ,.2011年 11月.
N. YOSHIDA, “Development of the QM/MM/RISM theory: Application to the intercalation of proflavine with solvated DNA,” Korea-Japan Symposium on “Statistical Mechanics Approaches to Nano/Bio-Sciences,” Sookmyung Women’s University, Seoul (Korea), June 2011.
Y. MARUYAMA, “Solvent and Salt Effects on Structural Stability of Human Telomere”, Korea-Japan Symposium on “Statistical Mechanics Approaches to Nano/Bio-Sciences,” Seoul (Korea), June 2011.
S. PHONGPHANPHANEE, “Binding of small alkali ions and TEA+ to KcsA potassium channel study by 3D-RISM,” Korea- Japan Symposium on “Statistical Mechanics Approaches to Nano/Bio-Sciences,” Sookmyung Women’s University, Seoul (Korea), June 2011.
D. J. SINDHIKARA, N. YOSHIDA, M. KATAOKA and F. HIRATA, “Solvent penetration in photoactive yellow protein: A theoretical study,” Korea-Japan Symposium on “Statistical Mechanics Approaches to Nano/Bio-Sciences,” Sookmyung Women’s University, Seoul (Korea), June 2011.
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). 吉田紀生 ,.溶液化学研究会奨励賞.(2011).
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.(2010–2011). 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
国立情報学研究所 ,.客員教授 ,.2010 年 4月 1日–2012 年 3月 31日.
B -10).競争的資金
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 ).
科研費新学術領域研究（公募研究）「DNA の電気伝導性と構造揺ら,. ぎに関する理論的研究」,.吉田紀生.(2009年 –2010 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 ).
科研費若手研究 (B),.「DNA の電荷移動における溶媒の役割に関する研究」,.吉田紀生.(2010 年 –2013年 ).
科研費新学術領域研究（公募研究）,.「液体の統計力学と量子力学に基づくA T P 加水分解の自由エネルギー解析」,. 吉田紀生. (2011年 –2012 年 ).
革新的ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラの構築次世代スーパーコンピュータ戦略分野２「新物質・エネルギー 創成」,.計算物質科学イニシアティブ「バイオマス利用に向けた酵素反応解析」,.吉田紀生.(2011年 –2015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). ダイマー・モット絶縁相から金属相への光励起エネルギーに依存した相転移経路 b).三角格子を持つ有機導体におけるストライプ型電荷秩序の融解と非線形伝導
c). 強く二量化した集積型金属錯体の電荷分離相における分子内軌道と結合した振動状態
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). モット絶縁相をもつ擬２次元有機導体にはバンド充填率が本来の 3/4 ではなく，二量体をひとつの単位としてバンド 充填率が実質的に 1/2 になるものが多い。したがって模型計算では二量体を単位とすることがしばしば行われる。こ のモット絶縁体を光照射により金属にする場合，キャリア導入による方法と相互作用を弱める方法がある。これらの 異なる相転移経路を記述するには，二量体内の分子自由度が重要であり，バンド充填率が 3/4 の系として扱う必要 がある。絶縁相に導く相互作用は二量体に対するオンサイト斥力であるが，それは二量体内の分子間軌道重なりに よって変化する。この重なりを決める格子は電子状態によって安定な変位が異なり，光照射により変えられる。格子 変位に働く力は光励起エネルギーにほとんど依存しないことを解析的に示した。時間依存シュレディンガー方程式を 異なる光励起エネルギーに対して解く。相互作用の弱まり方は吸収光子密度に比例するが，その比例係数は励起エ ネルギーにほとんど依存しない。しかしキャリアはダイマー間電荷移動励起でのみ高効率で導入されることが，スペ クトル重みの変化量からわかった。相転移経路を選ぶことができるのは，励起エネルギーに敏感なキャリア導入が瞬 時に起きることと，相互作用は遅く変調することのためである。
b).三角格子を持つ擬２次元有機導体では，フェルミ準位付近の状態密度を大きく減らして安定化に寄与する二倍周期 の電荷秩序と，三角格子に由来する三倍周期の電荷秩序が共存することがある。これらの秩序の起源は異なり，外 場に対して一般に異なる応答をする。θ 型の有機塩でサイリスタ現象が発見されてから，非線形伝導に対する電荷 秩序の効果が興味を持たれていた。有限バイアスのもとでの電子格子状態を，非平衡グリーン関数を使って求めた。 θ 型塩は高温金属相では対称性の高い結晶構造をもつために，電荷がフラストレートした状態にある。低温でスト ライプ型の 2 倍周期の電荷秩序を安定化するために，正孔密度の増減に対応してそれぞれ逆向きに分子面が回転す る。この格子変位が維持される限り，2 倍周期の電荷秩序が残り，電流が流れにくい。十分に大きなバイアスのもと で 2 倍周期由来の構造因子が消えると，この格子変位も消える。しかし三倍周期由来の構造因子は電流が大きく流 れても生き残り，実験で観測された状況を再現することが分かった。
c). 光誘起相転移は本質的に非平衡環境で進むので，過渡的な電子状態と振動状態の関係は平衡におけるものと異なっ ている。平衡状態において，たとえば分子内の C = C 伸縮振動の周波数は，分子の価数によって変化する。その関係 と過渡的な周波数から期待される価数と，実際の分子の価数は一般にずれている。このずれ具合を解析すれば，光 照射により吸収されたエネルギーの伝達経路について知見を得られる。このような解析をするため，分子内の軌道自 由度と分子間の電荷移動自由度と，それぞれと結合する分子振動と格子振動を取り入れた遍歴電子模型を採用する。 電子格子相互作用が効いて電荷分離相になる E t2Me2Sb[Pd(dmit)2]2を考える。ハートリー・フォック近似の範囲内で， 電荷秩序および分子振動と格子振動の周波数を再現できた。分子および二量体がもつ対称性のために，それぞれの 振動は分子内電子励起と選択的に結合する。
B -1). 学術論文
K. YONEMITSU, Y. TANAKA, S. MIYASHITA and N. MAESHIMA, “Photoinduced Insulator-to-Metal Transition Dynamics in Models for Quasi-Two-Dimensional Organic Conductors,” Phys. Status Solidi B 248, 486–490 (2011).
Y. TANAKA and K. YONEMITSU, “Crossover from Bias-Induced to Field-Induced Breakdown in One-Dimensional Band and Mott Insulators Attached to Electrodes,” Phys. Rev. B 83, 085113 (11 pages) (2011).
K. YONEMITSU, “Effects of Lattice and Molecular Phonons on Photoinduced Neutral-to-Ionic Transition Dynamics in Tetrathiafulvalene-p-Chloranil,” J. Phys. Soc. Jpn. 80, 084707 (7 pages) (2011).
K. YONEMITSU, S. MIYASHITA and N. MAESHIMA, “Photoexcitation-Energy-Dependent Transition Pathways from a Dimer Mott Insulator to a Metal,” J. Phys. Soc. Jpn. 80, 084710 (5 pages) (2011).
Y. TANAKA and K. YONEMITSU, “Nonlinear Conduction by Melting of Stripe-Type Charge Order in Organic Conductors with Triangular Lattices,” J. Phys. Soc. Jpn. 80, 103702 (4 pages) (2011).
B -2). 国際会議のプロシーディングス
N. MAESHIMA, K. HINO and K. YONEMITSU, “Photoinduced Dynamics of the Multi-Orbital Hubbard Model,” Phys. Status Solidi C 8, 213–216 (2011).
N. HIRAYAMA, A. ENDO, K. FUJITA, Y. HASEGAWA, N. HATANO, H. NAKAMURA, R. SHIRASAKI and K. YONEMITSU, “Temperature Distribution in Two-Dimensional Electron Gases under a Strong Magnetic Field,” J. Electron. Mater. 40, 529–532 (2011).
H. NAKAMURA, N. HATANO, R. SHIRASAKI, N. HIRAYAMA and K. YONEMITSU, “Quantum Oscillations of Thermoelectric Effects in a Pseudo-one-dimensional Electron Gas with a Spin-orbit Interaction,” J. Electron. Mater. 40, 601–605 (2011).
B -4). 招待講演
米満賢治，田中康寛 ,.「絶縁体に電気を流す：ナノとマクロで異なる伝導機構および電気が流れるときの電荷秩序の挙動」,. 自然科学研究機構「自然科学における階層と全体」シンポジウム,.名古屋 ,.2011年 1月.
米満賢治 ,.「光誘起ダイナミクス：分子内自由度と広域状態の動的相関」,.研究会「固体光誘起状態の非平衡ダイナミクス理論 とその今後の展望 ｣,.高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所 ,.2011年 2月.
K. YONEMITSU, “Photoinduced Phase Transition Dynamics: Interplay between Correlated Electrons and Molecular Vibrations,” International School and Symposium on Multifunctional Molecule-Based Materials, Argonne (U.S.A.), March 2011.
K. YONEMITSU, “Theory of Photoinduced Electron-Phonon-Coupled Dynamics in 2D Organic Systems,” Workshop on Ultrafast Dynamics in Strongly Correlated Systems, Zurich (Switzerland), April 2011.
西岡圭太 ,.「E t2Me2Sb[Pd(dmit)2]2における電荷分離相の光誘起融解の理論」,. 理研シンポジウム「金属 dmit 錯体による磁性・ 伝導性研究の最前線」,.理化学研究所和光キャンパス,.2011年 5月.
K. YONEMITSU, “Interplay between Correlated Electrons and Quantum Phonons in Organic Compounds,” 4th International Conference on Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena, Wroclaw (Poland), June 2011.
K. YONEMITSU, “Interplay between Correlated Electrons and Quantum Phonons in Photoinduced Insulator-to-Metal Transitions,” 14th Korea-Japan Molecular Science Symposium on New Visions for Spectroscopy and Computation: Temporal and Spatial Adventures of Molecular Sciences, Busan (Korea), July 2011.
K. YONEMITSU, “Roles of Molecular Vibrations in Photoinduced Insulator-to-Metal and Neutral-to-Ionic Transitions,” 9th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets, Gniezno (Poland), September 2011.
米満賢治 ,.「三角格子上の有機導体の非線形伝導と選択的秩序融解」「材料科学国際週間：Material.Science.W eek.2011」,. 研 究会「電子自由度による強誘電体最前線」,.東北大学金属材料研究所 ,.2011年 11月.
田中康寛 ,.「有機導体θ-(BEDT-TTF)2X の電圧下での秩序の融解と非線形伝導」,. 研究会「強相関電子系理論の最前線.
—若手によるオープン・イノベーション—」,.那智勝浦 ,.2011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–.).
日本物理学会領域５（光物性分野）領域運営委員.(2011–2012). 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.(2010–2011). 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.(2008–2011). 日本学術振興会特別研究員等審査会専門委員及び国際事業委員会書面審査員.(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 -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 ,.「物性科学概論」,.2011年 7月 20日–22日.
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 ).
科研費基盤研究 (C ),.「分子性導体の外場誘起非線形現象における階層間結合効果の理論」,.米満賢治.(2011年 –2015年 ).
C ). 研究活動の課題と展望
光誘起相転移では非平衡環境下で多電子とフォノンの相関した状態を扱う難しさに加えて，吸収されたエネルギーが分子内 外の電荷移動や振動状態に異なる時間スケールで配分されるという意味で，異なる階層をつなぐ難しさがある。実験や理論 でカバーできる時間スケールが広がったことで，後者に焦点をあてた研究が可能になってきた。測定された振動状態から期 待される電子状態と実際の電子状態とのずれが，今では広く一般に認識されている。つまり，従来の断熱ポテンシャル上を“ 点” が動く描像ではなく，電子状態や振動状態などみる視点によって位置が違う“ 広がった雲” が時間とともに変化し移動する描 像に変わってきている。これを理論で記述することは困難であるが，実験のプローブが限られているため，理論研究からの 支援が大きな役割を果たしている。分子内の電子および振動状態と，分子間の電子および振動状態の相関をつけるというこ とは，いわば分子科学と物性科学の連携をはかるくらいのテーマである。まだまだ時間をかけて，この相関を明らかにしてい こうと思う。
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). 励起状態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
A -3).研究活動の概略と主な成果
a). 電子遷移にともなう励起状態におけるプロトン移動ダイナミックスの解析を行った。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 に対して適用した。この系に関しては実験研究 も行われているが，これまで明らかにされていなかった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 めている。とくに，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). 水は，他の液体には見られない多くの熱力学的異常性を示す。また，水の異常性は温度低下とともに増すことも知ら れている。このような熱力学的異常性の一つに，過冷却状態における，等積比熱には見られない等圧比熱の急激な 増加がある。この定圧比熱の特異的温度依存性の分子論的起源について，分子シミュレーションを用いて解析を進め， 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。
B -1). 学術論文
T. YAGASAKI and S. SAITO, “Energy Relaxation of Intermolecular Motions in Supercooled Water and Ice: A Molecular Dynamics Study,” J. Chem. Phys. 135, 244511 (9 pages) (2011).
J. LIU, W. H. MILLER, G. S. FANOURGAKIS, S. S. XANTHEAS, S. IMOTO and S. SAITO, “Insights in Quantum Dynamical Effects in the Infrared Spectroscopy of Liquid Water from a Semiclassical Study with an Ab Initio-Based Flexible and Polarizable Force Field,” J. Chem. Phys. 135, 244503 (14 pages) (2011).
M. HIGASHI and S. SAITO, “Direct Simulation of Excited-State Intramolecular Proton Transfer and Vibrational Coherence of 10-Hydroxybenzo[h]quinoline in Solution,” J. Phys. Chem. Lett. 2, 2366–2371 (2011).
S. YAMAGUCHI, K. TOMINAGA and S. SAITO, “Intermolecular Vibrational Mode of the Benzoic Acid Dimer in Solution Observed by Terahertz Time-Domain Spectroscopy,” Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 14742–14749 (2011).
