スーパーコンピュータでフラーレンの性質を探る | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160316_1/


要旨

理化学研究所（理研）計算科学研究機構の平尾計算化学研究ユニットの平尾公彦研究ユニットリーダー、量子系分子科学研究チームの中嶋隆人チームリーダー、シドニー大学のブン・チャン リサーチフェローらの国際共同研究グループ※は、スーパーコンピュータ「京」[1]を利用した高精度電子状態計算[2]により、C60フラーレン分子[3]と高次フラーレン分子の生成熱[4]を世界最高の精度で理論予測しました。

C60フラーレン分子は1985年に発見されて以来、ヒト免疫不全ウィルス（HIV）の特効薬、化粧品、半導体材料など、さまざまな分野への応用が進められています。
そのため、実験・理論の両面からの研究が盛んに行われています。
どのように炭素原子同士が結合し、その結合がどの程度安定であるかといった基本的な物性の指標となるのは生成熱です。
しかしこれまで、実験もシミュレーションも難しいため、フラーレン分子の生成熱の正確な値は分かっていませんでした。

国際共同研究グループは、「京」に理研が開発した分子科学計算ソフトウェア「NTChem[5]」を用いて、C60フラーレン分子と炭素の原子数がもっと多い高次フラーレン分子（C70、C76、C78、C84、C90、C96、C180、C240とC320）の合計10種類の大規模分子系の生成熱を、高精度電子状態計算で算出することに成功しました。
また「より大きなフラーレン分子の生成熱を算出する一般的な計算式」を導き出しました。
さらに、炭素原子だけで構成されている同素体[6]のグラフェン[6]とフラーレン分子の物性が大きく異なる原因を推定しました。
さらに、フラーレン分子を大きくすることによる物性の変化を実験に先んじて理論予測することに成功し、新材料として利用するための計算基盤を作りました。

本研究を発展させることにより、これまで難しかったC60フラーレンや高次フラーレンなどの大規模分子の電子物性や化学反応の理論計算による予測がより正確になります。
また、フラーレン分子の性質を実験に先んじて理論で明らかにすることで、新材料設計の指針を計算科学の立場から立案することが期待できます。

本研究は、米国の科学雑誌『Journal of American Chemical Society』（2月3日号）に掲載されました。

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