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Hydration structure of Y$$^{3+}$$ and La$$^{3+}$$ compared; An Application of metadynamics

Y$$^{3+}$$とLa$$^{3+}$$の水和構造の比較; メタダイナミクスの適用

池田 隆司; 平田 勝 ; 木村 貴海 

Ikeda, Takashi; Hirata, Masaru; Kimura, Takaumi

水溶液中でのY$$^{3+}$$とLa$$^{3+}$$の水和構造をカー$$cdot$$パリネロ分子動力学に基づくメタダイナミクス法を用いて調べた。メタダイナミクスの集団変数として金属イオンに関する酸素の配位数を用いることにより、10ps程度のシミュレーションで構造の異なる水和錯体を生成することができた。メタダイナミクスの処方箋に従い自由エネルギ-面を求めたところ、3価希土類イオンの水和の特徴が再現されていることがわかった。このことより、カー$$cdot$$パリネロ分子動力学に基づくメタダイナミクスは溶液のような複雑な系の自由エネルギー探査に有効な手法であることが確認できた。

We studied the hydration structures of Y$$^{3+}$$ and La$$^{3+}$$ in aqueous solutions by applying the metadynamics method recently introduced as a tool to explore reaction pathways based on the Car-Parrinello molecular dynamics. By employing the metal-water oxygen coordination number as a collective variable of the metadynamics a couple of aqua and chloro-aqua complexes are successfully generated within the time scales of 10 ps. The reconstructed free energy surface captures the characteristics of the hydration of the light and heavy trivalent rare-earth ions. The present study demonstrates that the metadynamics based on the Car-Parrinello molecular dynamics is a promising tool for exploring the free energy surface of complicated systems such as solutions.

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パーセンタイル:81.37

分野:Chemistry, Physical

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