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科目の基本情報
| 開講年度 | 2023 年度 | |
|---|---|---|
| 開講区分 | 工学研究科(博士前期課程)分子素材工学専攻／応用化学専攻 | |
| 領域 | 主領域 : E; 副領域 : F | |
| 受講対象学生 |
大学院(修士課程・博士前期課程・専門職学位課程) : 1年次, 2年次 工学研究科 |
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| 選択・必修 | ||
| 授業科目名 | 計算化学特論 | |
| けいさんかがくとくろん | ||
| Computational Chemistry | ||
| 単位数 | 2 単位 | |
| ナンバリングコード | EN-PHCH-5
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| 開放科目 | 非開放科目 | |
| 開講学期 |
後期 |
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| 開講時間 |
水曜日 3, 4時限 |
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| 授業形態 |
対面授業 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい
「オンライン授業」・・・オンライン会議ツール等を利用して実施する同時双方向型の授業 |
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| 開講場所 | 工学部講義室 | |
| 担当教員 | 三谷 昌輝（工学研究科分子素材工学専攻） | |
| MITANI, Masaki | ||
| SDGsの目標 |
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| 連絡事項 | * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい |
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学修の目的と方法
| 授業の概要 | 化学的精度で電子構造計算を行うには、Hartree–Fock近似（平均場近似・独立粒子模型）では考慮されていない電子相関の効果を取り入れる必要がある。分子軌道計算では、電子相関を考慮するために、多電子波動関数を複数のSlater行列式の線形結合で近似する手法が発展してきた。一方、エネルギーを電子密度の汎関数で表す密度汎関数法は、電子相関を考慮する簡便法として普及している。本特論では、スピン対称性を満足する多電子波動関数の構成法と代表的な電子相関手法および密度汎関数法の基礎について解説する。 (Course description/outline) It is necessary to include the electron correlation effects beyond the Hartree-Fock approximation in order to perform electronic structure calculations with chemical accuracy. In molecular orbital calculations, the many-electron wave function is approximated by the linear combination of Slater determinants for ground and excited states to take into account electron correlations. On the other hand, density functional methods which represent the energy as approximated functionals of electron density are the most common tool. This course deals with the basics of spin symmetry-adapted many-electron wave function, electron correlation methods, and density functional methods. |
|---|---|
| 学修の目的 | 量子化学計算において広く用いられている、種々の電子相関手法および密度汎関数法に関して、近似法の特徴を修得し、計算化学の基礎に対する理解を深める。 (Learning objectives) The aim of this course is to understand the characteristics of various approximations for electron correlation methods and density functional methods. |
| 学修の到達目標 | 配置間相互作用法・多配置SCF法・多体摂動論・結合クラスター法の電子相関手法および密度汎関数法に関して、理論の基礎と概要を理解する。 (Achievements) The goal of this course is to acquire the fundamentals of electron correlation methods (configuration interaction, multiconfiguration SCF, many-body perturbation, coupled-cluster) as well as density functional methods. |
| ディプロマ・ポリシー |
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| 成績評価方法と基準 | 講義に出席することを前提として、レポート100％により評価し、60％以上で合格。 (Grading policies and criteria) Students are required to attend the course. Students are evaluated by reports 100 %. Score 60 % in total score 100 % is required to pass the course. |
| 授業の方法 | 講義 |
| 授業の特徴 | |
| 授業改善の工夫 | 授業アンケートの結果等をもとに、適宜、授業資料等を改善する。 (Ideas for improving classes) We improve this course based on the class evaluation by students. |
| 教科書 | 授業資料を配布する。 (Textbooks) Handouts are distributed. |
| 参考書 | Introduction to Computational Chemistry, Third Edition, F. Jensen, John Wiley & Sons. (Reference materials) Introduction to Computational Chemistry, Third Edition, F. Jensen, John Wiley & Sons. |
| オフィスアワー | 毎週水曜日12:00～13:00および随時、第2合同棟6階6606室 (Office hour) Every Wednesday and Any time, 12:00~13:00, Second Building of Chemistry for materials, Information Engineering and Physics Engineering, 6F, room 6606 |
| 受講要件 | 無し (Prerequisites) None |
| 予め履修が望ましい科目 | 無し (Courses encouraged to take in advance) None |
| 発展科目 | 理論化学特論 (Advanced courses) Theoretical Chemistry |
| その他 |
英語対応授業である。 This course is English-supported. |
授業計画
| MoodleのコースURL |
https://moodle.mie-u.ac.jp/moodle35/course/view.php?id=12563 |
|---|
| キーワード | 計算化学・量子化学・多電子波動関数・電子相関手法・密度汎関数法 |
|---|---|
| Key Word(s) | Computational Chemistry, Quantum Chemistry, Many-Electron Wave Function, Electron Correlation Method, Density Functional Method |
| 学修内容 | 第１回 密度行列、動的電子相関、静的電子相関 第２回 平均場近似、制限および非制限Hartree-Fock法 第３回 基底関数展開 第４回 多電子波動関数、励起状態行列式 第５回 スピン演算子、スピン固有関数（１） 第６回 スピン演算子、スピン固有関数（２） 第７回 ２電子系の多電子波動関数 第８回 Branchingダイヤグラム、配置状態関数 第９回 配置間相互作用法 第１０回 多配置SCF法 第１１回 多体摂動論 第１２回 クラスター展開法 第１３回 密度汎関数法、Hohenberg-Kohnの定理、Kohn-Sham方程式 第１４回 局所密度近似、密度勾配補正、Hybrid型汎関数 第１５回 電子相関手法および密度汎関数法による計算例 (Course contents) 1st Density matrix, dynamical electron correlation, static electron correlation 2nd Mean field approximation, restricted and unrestricted Hartree-Fock method 3rd Basis set expansion 4th Many-electron wave function, excited Slater determinants 5th Spin operators, spin eigenfunctions (1) 6th Spin operators, spin eigenfunctions (2) 7th Many-electron wave function for two-electron system 8th Branching diagram, configuration state function 9th Configuration interaction method 10th Multiconfiguration SCF method 11th Many-body perturbation theory 12th Coupled cluster method 13th Density functional theory, Hohenberg–Kohn theorems, Kohn–Sham equation 14th Local density approximation, Generalized gradient approximation, hybrid functional 15th Examples of electron correlation and density functional calculations |
| 事前・事後学修の内容 | 配布する資料を参考にして、数式の導出過程および物理的意味を理解する。 (Contents for pre and post studies) Understanding the physical meaning of mathematical equations. |
| 事前学修の時間:120分/回 事後学修の時間:120分/回 |