path integral Monte Carlo simulations for water trimer with electron correlation effects

電子相関効果を考慮した水三量体の第一原理経路積分モンテカルロシミュレーション

藤田 貴敏*; 田中 成典*; 藤原 崇幸*; 草 将晃*; 望月 祐志*; 志賀 基之   

Fujita, Takatoshi*; Tanaka, Shigenori*; Fujiwara, Takayuki*; Kusa, Masaaki*; Mochizuki, Yuji*; Shiga, Motoyuki

固体や液体等において、低原子量の元素から構成される化合物のダイナミクスを解析する場合には、原子核の量子ダイナミクスを考慮する必要が指摘されており、原子力分野をはじめとしてさまざまな分野において、それを考慮した新規のシミュレーション手法の開発等が議論されてきている。本発表では、この観点に立ち、電子と原子核からなる系をまるごと量子力学的に扱った第一原理経路積分モンテカルロシミュレーションにより、三量体の水クラスターの構造を精密に調べた結果を報告する。なお、採用した手法は、三次の多体摂動論に基づいた電子状態理論で求められた断熱ポテンシャル上のもとで、量子及び熱的効果を含めた分子構造の動的なゆらぎを求めることのできる極めて精度の高いシミュレーション手法であり、計算の結果、水クラスターの水素結合の柔軟性は、従来の第一原理計算から予測されていた結果よりも大きく、酸素間距離が大きな振幅で振動する様子が明らかになった。

We have performed path integral Monte Carlo simulations for water trimer (HO) system. The electron correlation effects have been taken into account up to the level of third-order Moller-Plesset (MP3) perturbation theory. Through comparisons of calculated geometrical properties of water trimer such as O-O distance, O-H-O angle, and torsional angle between O-H and O-O-O plane, the interplays among the nuclear quantum, thermal and electron correlation effects are analyzed quantitatively.