シラバス参照

講義名
Course name
量子化学 
担当教員
Instructor

立川 仁典

島崎 智実

単位数
No of credits
期間・曜日・時限
Term/day/period
前期 火曜日 5時限



コース
・専攻名
Faculty
国際総合科学部、理学系、物質科学コース3年生 
学習到達
目標
Course
objective
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最先端の量子化学を、多数の演習を含めて学ぶ。

毎時間、課題(Quiz)を課します。数式の導出が多々あるので、「学習上の留意点」で述べる、基本的な数学(線形代数、微分積分)、量子力学、統計力学、量子化学を充分に習得しておくこと。

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講義概要
Course
description
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最先端の量子化学を、多数の演習を含めて学ぶ。
講義の前半は、化学反応理論について概説する。

2年次後期の「計算分子化学」の復習の後、化学反応理論に関して詳述する。具体的には、構造最適化と分子振動解析、ポテンシャルエネルギー曲面の概念やその上での化学反応経路解析への応用、そして動力学的解析や経路積分法に関して詳述する。

講義の中半は、分子軌道法について概説する

数学の準備の後スピン自由度を述べ、分子軌道計算において最も基礎となる、Hartree-Fock近似、基底関数展開を詳述する。具体的計算に関して述べた後、数多くのQuizを通して分子軌道法を自分のものにする。ここでは、「ザボ:新しい量子化学(上)」そ教科書として用いる。

講義の後半は、さらに高度な第一原理計算に関して概説する。

核座標微分の表式や、HF近似を超える電子相関の取り込み方、量子モンテカルロ法、さらには現在の計算科学シミュレーションの最先端の話題にふれる。 
成績評価
方法
Grading
criteria
レポート(仮題QUIZ)、中間試験、期末試験。
「レポート提出を遅刻した場合、その時点で本講義の単位取得は不可となる」点に注意すること 
前提科目
Prerequisite
courses
前提科目:計算分子化学 
学習上・
履修申請上
の留意点
及び
事前事後
学習
Other
prerequisites
本講義では、4時間程度を必要とするQuizを課す。レポート提出を遅刻した場合、その時点で本講義の単位取得は不可となる点に注意すること。

本講義を履修するには、一年次の「化学結合と構造」、二年次の「計算分子化学」を単位修得している必要がある。また一年次の「微分と積分」、「行列とベクトル」、「力と運動」を、二年次の「振動と波動」、「基礎量子力学」、「基礎統計力学」、【シミュレーション実験】(2年生後期月曜日3・4限)を単位修得していることが強く望まれる。さらには二年次の「有機化学」「無機化学」、三年次の「量子力学」「統計力学」を履修していることが望ましい。 
教科書・
参考図書等
Textbooks,
materials,
and
supplies
ザボ:新しい量子化学(上・下) 
科目等履
修生受入
の可否
及び人数
Are non
regular
students
able to join?
可 
特別聴講
学生(単位
互換生)
受入の可否
及び人数
Are
visiting
students
able to join?
可 
教員研究室
Instructor's
office
location
立川仁典:理学系研究棟443室
島崎智実:理学系研究棟239室 
教員オフィス
アワー
Instructor's
office
hours
いつでも可(できるだけメールで事前連絡をお願いします) 
ホーム
ページ
Homepage
http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/%7etachi/ 
教員の
実務経験
について
Course
based on
practical
work
experience
アクティブ
ラーニング
について
Active
Learning
講義中心アクティブラーニング 
持続可能な
開発目標(SDGs)
17の目標との関連性
SDGs
⑦ 
授業計画
(週単位)
Course
schedule
(weekly
plan)
1.イントロダクションⅠ、計算分子化学の復習
  1章.量子力学の基礎
  2章.水素原子
  Quiz.一体問題のSchrodinger方程式

2.イントロダクションⅡ、計算分子化学の復習
  3章.多電子原子
  4章.分子
  Quiz.変分原理および多電子原子における反対称性原理

3.5章.化学反応理論
  1.Born-Oppenheimer近似とは
  2.二原子分子の構造最適化と分子振動
  3.多原子分子の構造最適化と分子振動
  Quiz.構造最適化と分子振動

4.5章.化学反応理論
  4.多原子分子のポテンシャルエネルギー曲面
  5.化学反応経路解析への応用
   ・有機化学反応経路解析
   ・水和反応経路解析
   ・酵素中での反応経路解析
  Quiz.ポテンシャルエネルギー曲面

5.5章.化学反応理論
  6.動力学的解析
   ・古典的解析
   ・量子的解析
  7.経路積分法
  Quiz.動力学的解析

7.中間試験Ⅰ
8.6章.分子軌道法
  1. 数学の準備
  Quiz. 「ザボ:新しい量子化学(上)」第一章の問題全て

9.6章.分子軌道法
  2. 行列要素の計算
  3. スピン自由度
  Quiz. 「ザボ:新しい量子化学(上)」第二章の問題

10.6章.分子軌道法
  4. Hartree-Fock近似
  5. 基底関数展開
  Quiz. 「ザボ:新しい量子化学(上)」第三章の問題前半

11.6章.分子軌道法
  6. 具体的計算
  Quiz. 「ザボ:新しい量子化学(上)」第三章の問題後半

12.6章.分子軌道法
  7. 変分法に基づく電子相関
  8. 摂動法に基づく電子相関
  Quiz. 「ザボ:新しい量子化学(下)」第四・六章の問題

13.6章.分子軌道法
  9. 核座標微分
  10.量子モンテカルロ法

14.7章.計算科学シミュレーションの現状と今後の応用

15.期末試験 
備考
Remarks


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