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Efficient ${it ab initio}$ path integral hybrid Monte Carlo based on the fourth-order Trotter expansion; Application to fluoride ion-water cluster

四次トロッター分解に基づいた効率的な第一原理経路積分ハイブリッドモンテカルロ法; フッ素イオン水クラスターへの適用

鈴木 机倫*; 立川 仁典*; 志賀 基之  

Suzuki, Kimichi*; Tachikawa, Masanori*; Shiga, Motoyuki

分子シミュレーションの1つの有効な新手法として、四次トロッター分解に基づいた効率的な経路積分ハイブリッドモンテカルロ法(PIHMC)を提案する。すなわち、二次の有効的な力を用いて短い試行トラジェクトリを生成することで計算のかかるヘシアン行列を避けつつ、最終的なアクセプタンスは四次の有効ポテンシャルで決めるというものである。計算効率について、標準的な2次,4次のPIHMCや経路積分分子動力学法(PIMD)と比較する。この方法を用いて、室温でのフッ素水イオン系の第一原理PIHMC計算を行い、その幾何学的同位体効果について焦点を当てて議論する。

We propose an efficient path integral hybrid Monte Carlo (PIHMC) method based on fourth-order Trotter expansion. Here, the second-order effective force is employed to generate short trial trajectories to avoid computationally expensive Hessian matrix, while the final acceptance is judged based on fourth-order effective potential. The computational performance of our PIHMC scheme is compared with that of conventional PIHMC and PIMD methods based on second- and fourth-order Trotter expansions. Our method is applied to ${it on-the-fly ab initio}$ PIHMC calculation of fluoride ion-water complexes, F$$^-($$H$$_2$$O) and F$$^-$$(D$$_2$$O), at ambient temperature, particularly focusing on the geometrical isotope effect.

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パーセンタイル:78.55

分野:Chemistry, Physical

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