科目名[英文名]
量子化学計算概論   [Introduction to Quantum Chemistry Calculation]
区分	工学部専門科目	選択必修		単位数	2
対象学科等		対象年次	3～4	開講時期	3学期
授業形態	3学期	時間割番号	023354
責任教員 [ローマ字表記]
富樫 理恵   [TOGASHI Rie]
所属	工学府	研究室		メールアドレス

概要

本授業科目は非常勤講師である富樫理恵が担当します。このシラバスは担当教員により、講義の都合上変更されることがあります。 分子軌道法に基づく計算化学は，物性・反応の研究手段として重要性を増しています．本科目では，シュレディンガー方程式や波動関数などの量子化学の基礎は既知として，分子軌道法の基礎を学習します．はじめに線形代数や変分法など，必要な数学の基礎知識を復習します．その後，分子軌道法の基本であるハートリー・フォック法を学習します．これらの知識を踏まえて，分子軌道計算ソフトウェアを用いた簡単な解析を行い，計算化学への理解を深めます． Googleクラスルームコード: jc6opqd ・Google Classroomを介して資料配布を行います．各自ダウンロードしてください．必要な方は印刷して授業に持参してください．

到達基準

(1) ハートリー・フォック法の考え方(仮定・近似)や計算過程の概要を理解します． (2) 分子軌道計算ソフトウェアを利用するための基礎知識を身につけます． 本学科のディプロマ・ポリシーの観点：履修案内のカリキュラムマップを参照してください。

授業内容

第 1回 数学の復習(1)：基底，ベクトル，行列，行列式を復習します． 第 2回 数学の復習(2)：演算子と表現行列，基底の変換，行列の固有値・固有ベクトルを復習します． 第 3回 数学の復習(3)：汎関数と変分，Lagrangeの未定係数法と変分原理について復習します． 第 4回 計算実習(1)：分子軌道計算やプログラミングのためのソフトウェアのインストールを行います． 第 5回 計算実習(2)：簡単な分子を例として分子軌道計算ソフトウェアの利用方法を学習します． 第 6回 量子化学の復習(1)：シュレディンガー方程式，ハミルトニアン，原子単位を復習します． 第 7回 量子化学の復習(2)：波動関数，1電子軌道関数，スピン関数を復習します． ――――数学と量子化学のいくつかのキーワードについて確認． 第 8回 分子軌道法(1)：ボルン・オッペンハイマー近似，スレーター行列式を理解します． 第 9回 分子軌道法(2)：ハートリー・フォック方程式を導出する過程を学習します． 第10回 分子軌道法(3)：ハートリー・フォック・ローターン方程式を導出する過程を学習します． 第11回 分子軌道法(4)：分子軌道計算の流れを確認し，自己無撞着場SCFの考え方を理解します． ――――分子軌道法のいくつかのキーワードについて確認． 第12回 計算実習(3)：分子軌道計算の出力結果をハートリー・フォック法の観点から辿ります． 第13回 分子軌道法(5)：基底関数の基本的な考え方を学習します． 第14回 計算実習(4)：簡単な分子を例として基底関数と計算精度の関係を概観します． 第15回 期末試験：全体を通した範囲で，ハートリー・フォック法の理解を確認します．

履修条件・関連項目

内容をより良く理解するため，「量子化学」および「線形代数」の知識を復習しておくことが大切です．また分子軌道計算ソフトウェアや分子モデル作成・分子軌道可視化ソフトウェアを使用するので，ファイルの取り扱いなどのコンピュータ操作に慣れておくことも必要です． 授業時間に加え，指示された資料などを参照し，本学の標準時間に準ずる予習と復習や調査を行うこと。

テキスト・教科書

教科書は指定せず，テキストとして数回にわけて資料を配布します．ただし，配布資料は，基本的に参考書1を元本として作成しています．

参考書

1.ザボ，オストランド：新しい量子化学(上)，東京大学出版会(1987) 同書(下)には，ハートリー・フォック法よりもさらに高度な計算理論が紹介されています．この分野に興味を持った方は，さらに学習を深めて下さい．また，原著(Modern Quantum Chemistry:Attila Szabo , Neil S. Ostlund)がDoverからペーパーバックとして出版されています．英語の学習もかねて原著にチャレンジするのも良い勉強です．ちなみに英語原著は日本語版(上)(下)を合わせた内容ですが，(上)だけよりもずっと安い価格です． 2.武次徹也，平尾公彦：新版 すぐできる 量子化学計算ビギナーズマニュアル，講談社(2015) その他にも授業中に適宜紹介します．

成績評価の方法

期末試験の結果にもとづいて成績を決定します． 2021年度成績分布： S: 50%, A: 20%, B: 20%, C: 10% (今年度も同等の成績分布になるとは限りません)

教員から一言

ソフトウェアを用いた計算だけならすぐに実行でき，手順を間違えなければ分子軌道の表示も簡単です．しかし，研究手段として役立てるためには，分子軌道法計算ソフトウェアはどんな仮定のもとに何を計算しているのか，計算精度を上げる手法とは具体的に何をどうしているのか，などを理解することが大切です．

キーワード

分子軌道法，ハートリー・フォック法

オフィスアワー

本科目は非常勤講師による授業であるため、下記へメール連絡をしてください。 メール連絡先：r-togashi@sophia.ac.jp

備考１

備考２

参照ホームページ

開講言語

日本語

語学学習科目

更新日付

2022/09/28 1:58:20