量子化学計算

前回の記事ではMullikenのポピュレーション解析の計算方法について紹介させて頂きました。今回は分子の双極子モーメントの計算について紹介したいと思います。 双極子モーメントは、分子内の電荷分布に関連した物理量で、分子の極性を示し、分子の物理的・化学的性質を理解するための基本的かつ重要なパラメーターです。量子化学計算を通じて双極子モーメントを求めることにより、実験結果の解釈や新しい分子や材料の設計に役立ちます。 pyscf では以下のようなコードで双極子モーメントを計算することができます。 from pyscf import gto from pyscf import scf mol=gto.…

前回の記事では振動計算の計算方法について紹介させて頂きました。今回はMulliken のポピュレーション解析に基づく電荷計算について紹介したいと思います。 Mulliken電荷は、分子内の各原子における電子密度の分布を解析するための手法です。具体的には、電子がどの原子に属しているかを示し、各原子にどれだけの正負電荷が局在しているかを定量化することができます。これらの値は、化学反応の理解や分子の物性評価 の指標として活用することができます。 pyscf では以下のようなコードでMulliken電荷を計算することができます。 from pyscf import gto from pyscf imp…

前回までの記事でpyscfでの構造最適化方法について紹介しました。今回は構造最適化後に一般的に実施される振動計算の方法について紹介したいと思います。 構造最適化では、分子の幾何構造がエネルギー極小点に達するように調整されます。しかし、計算が収束したからといって、それが真のエネルギー極小点であるとは限りません。振動計算を行うことで、得られた構造が実際にエネルギー極小点であるかどうかを確認できます。 すべての振動数が正であれば、構造が局所的なエネルギー極小点にあることを示します。これは、分子が安定な状態にあることを意味します。 一方、もし振動数に負の値が含まれている場合、その構造は鞍点（エネルギー…

はじめに前回の記事では、Fukui Index (福井指数) の概要とPythonライブラリであるPsi4とRDKitを用いた具体的な計算方法について解説しました。今回は、計算によって得られたFukui Indexの値を可視化し、分子のどの部分が反応しやすいのかを視覚的に理解する方法を紹介します。可視化には、RDKitの`SimilarityMaps`モジュールとMatplotlibライブラリを使用します。可視化コードの解説 このコードは、大きく分けて以下の3つのステップで構成されています。1. **準備**: 必要なライブラリのインポート、原子にインデックスを付与する関数の定義、可視化に必要…

前回までの記事でpyscfでの構造最適化方法について紹介しました。 構造最適化の際には特定原子の位置や原子間の角度を規定して、実施する場合もあるかと思います。 今回は条件付き構造最適化の例を紹介したいと思います。 構造最適化の際の条件はconstraintsを設定することで可能です。 例えば、特定の原子間の距離を固定する場合は下記のような内容（原子２と３の距離を固定）のテキストファイルを用意します。 $freeze distance 2 3制限付き構造最適化の一連のコードは以下のようになります。 from pyscf import gto from pyscf import scf mol=g…

前回までの記事でPySCF用のインプットファイル作成の説明をさせていただきました。今回はPySCFでの構造最適化方法について紹介したいと思います。 PySCFでは構造最適化は、geomeTRICやPyBernyといったライブラリを利用して行います。具体的には以下の手順で実行できます。 まず必要なモジュールをインポートします。続いて前回紹介した 方法で分子を定義します。ここではmolとして、予め準備したアセトニトリルのxyzファイルを読み込む設定にしています（基底関数は最も軽いsto-3g）。今回の設定(mf)ではハートリーフォック計算の設定（RHF)となっています。 from pyscf im…

前回の記事でPySCFの初期ファイルの作成として分子の幾何構造の入力関連の紹介をさせていただきました。 今回は基底関数などその他の初期設定について紹介したいと思います。 基底関数の設定ですが、基本的にはmolオブジェクトに対してbasis=’ ‘の設定で行います。 basis='sto-3g', basis='6-31g', basis=’cc-pVDZ’ など また異なる原子に対して異なる基底関数セットを指定する場合は辞書形式を使用 します。 例えばメタン分子で炭素と水素で異なる基底関数を利用する場合は下記のように設定します。mol = gto.M( atom = ''' C 0.00000…