学部・大学院区分
Undergraduate / Graduate

理・博後

時間割コード
Registration Code

4601024

科目区分
Course Category

先端専門講義科目群（通常講義）
Advanced Science Classes (Lectures)

科目名　【日本語】
Course Title

分子物性学特別講義Ｅ

科目名　【英語】
Course Title

Special Lecture on Molecular Science E

コースナンバリングコード
Course Numbering Code

担当教員　【日本語】
Instructor

倭剛久 ○ 鬼頭宏任

担当教員　【英語】
Instructor

YAMATO Takahisa ○ KITOH Hirotaka

単位数
Credits

開講期・開講時間帯
Term / Day / Period

秋集中その他その他
Intensive(Fall) Other Other

授業形態
Course style

講義
Lecture

学科・専攻
Department / Program

理学専攻
Division of Natural Science

必修・選択
Required / Selected

選択
Elective

授業の目的　【日本語】
Goals of the Course(JPN)

光合成や有機太陽電池などの凝縮分子系における光電変換に寄与する化学反応を理解するための古典・量子物理論の基礎と計算化学手法を学習する。

授業の目的　【英語】
Goals of the Course

The purpose of this class is to learn the fundamentals of classical and quantum physics and computational chemistry methods for understanding chemical reactions contributing to photoelectric conversion in condensed molecular systems, such as photosynthesis and organic solar cell.

到達目標　【日本語】
Objectives of the Course(JPN))

分子物性や化学反応を研究するために用いる古典・量子論、計算化学手法を習得し、それを実際の研究活動に活用することができるようになる。

到達目標　【英語】
Objectives of the Course

Students master classical and quantum theory and computational chemistry methods used to study molecular properties and chemical reactions and can use it for their own research activities.

授業の内容や構成
Course Content / Plan

1. 序論: 光合成や有機太陽電池などの光電変換システムのあらまし
2. 孤立２準位系の量子力学: 時間依存Schrödinger方程式を用いた量子ダイナミクス
3. 分子の電子状態と光吸収、遷移選択則
4. 励起子Hamiltonianモデル作成のための計算化学入門
4.1 DFT計算の基礎的解説と良く用いる交換・相関汎関数の紹介
4.2 TD-DFT励起状態計算と遷移密度行列を用いた解析。ESP電荷とTrESP電荷解析。
4.3 分子環境の連続体モデル化。Poisson-Boltzmann方程式に基づいたタンパク質の静電ポテンシャル計算
4.4 DFT計算と連続体モデル静電ポテンシャル計算を複合した励起子モデル作成方法。Poisson-TrESP法とCDC(Charge-density coupling)法解析。
4.5 光合成系への応用
5. 一次元調和振動子の古典論と量子論
6. 量子開放系の理論入門: 熱浴と量子マスター方程式による記述
7. 準古典的方法の紹介: 古典軌跡に基づく反応動力学解析
8. 準古典法に必要な解析力学の復習: ハミルトニアンの正準方程式、正準変換、作用・角変数、調和振動子と前期量子論
9. Meyer-Miller準古典マッピング動力学シミュレーション：Wigner変換によって離散的電子自由度を調和振動子が作る連続的位相空間に写像し、その古典的軌跡で量子ダイナミクスを解析
10. 準古典法の光合成系への応用
(English)
1. Introduction: overview of photosynthesis and photovoltaic conversion systems such as organic solar cells
2. Quantum mechanics of isolated two-level systems: quantum dynamics using time-dependent Schrödinger equation
3. Electronic states of molecule and optical absorption, transition selection rule
4. Introduction to computational chemistry for constructing exciton Hamiltonian models
4.1. Basic explanation of DFT calculations and introduction of commonly used exchange-correlation density functionals
4.2. TD-DFT excited state calculations and analyses using transition density matrices; ESP charge and TrESP charge analysis.
4.3. Dielectric continuum modeling of the molecular environment; calculation of the electrostatic potential of proteins based on the Poisson-Boltzmann equation.
4.4. Exciton modeling method combining DFT and continuum electrostatic model calculations; Poisson-TrESP and CDC (charge-density coupling) method analysis.
4.5. Applications to photosynthesis systems.
5. Classical and quantum theory of one-dimensional harmonic oscillators
6. Introduction to the theory of quantum open systems: description by heat bath and quantum master equation
7. Introduction to quasi-classical methods: reaction kinetics analysis based on classical trajectories
8. Review of analytical mechanics required for semiclassical methods: Hamilton’s canonical equations, canonical transformations, action and angular variables, harmonic oscillators and early quantum theory
9. Meyer-Miller quasi-classical mapping dynamics simulation: mapping discrete electronic degrees of freedom into a continuous phase space created by harmonic oscillators and analyzing quantum dynamics in their classical trajectories
10. Applications of quasi-classical mapping simulations to photosynthesis systems.

履修条件
Course Prerequisites

この科目は日本語で提供されます。
（This class is taught in Japanese.）