JP2001319179A - Device for generating molecular orbital initial value - Google Patents

Device for generating molecular orbital initial value

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JP2001319179A
JP2001319179A JP2000135237A JP2000135237A JP2001319179A JP 2001319179 A JP2001319179 A JP 2001319179A JP 2000135237 A JP2000135237 A JP 2000135237A JP 2000135237 A JP2000135237 A JP 2000135237A JP 2001319179 A JP2001319179 A JP 2001319179A
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standard
molecule
molecular orbital
density matrix
target molecule
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Kaori Komada
香織 駒田
Hajime Ishii
元 石井
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NEC Solution Innovators Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molecular orbital initial value generating system where an atom characteristic is reflected on a large molecule and additional trouble is removed. SOLUTION: A standard molecule data base 7 stores the corresponding information of an atom and a standard molecule and coordinate position information of the constituting atom of the standard molecule. An input means 101 inputs the constituting the constituting atom type information 20 of a target molecule and atomic orbital base information 30 which is to be used. A standard molecule selection means 102 selects the standard molecule from the standard molecule data base in accordance with constituting atom type information. An incorporated molecular orbital calculation means 103 calculates charge distribution or a density matrix by using atomic orbital base information on all selected standard molecules. A density matrix synthesis means 104 extracts the one relating to the atom constituting the target molecule from the calculated results and embedding it as the partial element of the density matrix of the target molecule. Thus, an approximate density matrix is generated. A conversion means 105 generates a molecular orbital initial value form the approximate density matrix.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は分子軌道初期値生成
に関し、特に一般の原子軌道基底を使用した非経験的分
子軌道計算方法において、大きい分子について好適な初
期値生成に関する。
The present invention relates to the generation of initial values of molecular orbitals, and more particularly to the generation of initial values suitable for large molecules in an ab initio molecular orbital calculation method using a general atomic orbital basis.

【0002】[0002]

【従来の技術】分子化学におけるあらゆる理論的方法
は、量子力学方程式(シュレディンガーの波動方程式)
を解くことと密接に関連している。量子力学方程式は少
数の例外を除いて多体問題であるため解析解が存在せ
ず、その解法は数値計算に基づいている。
2. Description of the Related Art All theoretical methods in molecular chemistry are based on quantum mechanical equations (Schrodinger's wave equations).
Is closely related to solving Quantum mechanical equations are many-body problems with few exceptions, so there are no analytical solutions, and their solutions are based on numerical calculations.

【0003】理論化学の分野では、分子軌道計算法(分
子軌道法ともいう)と呼ばれる手法が量子力学方程式の
数値解法として確立され使用されている(米澤貞次郎ほ
か「三訂 量子化学入門」、化学同人、1983)。分
子軌道計算法によれば、量子力学方程式を解くことは、
分子軌道と呼ばれる一電子の座標の関数の組を決定する
問題に変わる。
[0003] In the field of theoretical chemistry, a method called molecular orbital calculation method (also called molecular orbital method) has been established and used as a numerical solution of quantum mechanical equations (Seijiro Yonezawa et al., "Introduction to Quantum Chemistry", Chem. Doujin, 1983). According to the molecular orbital calculation method, solving the quantum mechanical equation
It turns into a problem of determining a set of functions of one-electron coordinates called molecular orbitals.

【0004】すなわち、分子軌道計算では、分子軌道の
組{φi}を非線形連立方程式を解いて決定する。具体
的には、分子軌道φiを、定められた原子軌道基底{χ
p}の線形結合で近似し、φi=Σ(p)Cpiχpとおく。こ
こで、pは1から整数nの内の任意の数であり、nは計
算者によって定められる。この式における線形結合係
数、即ち分子軌道係数{Cpi}は、非線形連立行列方程
式、C’FC=e 、 C’SC=Eを繰り返し解法によ
り解くことにより決定している。ここで、Cは分子軌道
係数Cpiを行列要素とする分子軌道係数行列、C’はそ
の複素転置行列、Fはフォック(Fock)行列、eはフォ
ック行列Fの固有値行列、Sは原子軌道基底の内積行
列、Eは単位行列を表す。フォック行列Fが分子軌道係
数行列Cに依存するため非線形となるのである。この繰
り返し解法は、分子軌道係数行列Cの初期値C0を何ら
かの方法で推定し、改良を繰り返して解に収束させると
いう手続きとなる。収束とは、繰り返し回数をNとする
と、全てのpとiにつてC(N)piとC(N+1)piとの差が所定
値以内に収まることをいう。N=0である初期値C0を推定
する方法が分子軌道初期値計算方法である。
That is, in the molecular orbital calculation, the set of molecular orbitals {φi} is determined by solving a system of nonlinear equations. Specifically, the molecular orbital φi is determined by the determined atomic orbital base {χ
Approximate by a linear combination of p}, and let φi = Σ (p) Cpiχp. Here, p is any number from 1 to an integer n, and n is determined by a computer. The linear coupling coefficient in this equation, that is, the molecular orbital coefficient {Cpi}, is determined by repeatedly solving the nonlinear simultaneous matrix equations, C′FC = e and C′SC = E. Here, C is a molecular orbital coefficient matrix having the molecular orbital coefficient Cpi as a matrix element, C ′ is its complex transpose, F is a Fock matrix, e is an eigenvalue matrix of the Fock matrix F, and S is the atomic orbital basis. The inner product matrix, E, represents an identity matrix. The Fock matrix F is nonlinear because it depends on the molecular orbital coefficient matrix C. This iterative solution is a procedure of estimating the initial value C0 of the molecular orbital coefficient matrix C by some method and repeating the improvement to converge on the solution. Convergence means that when the number of repetitions is N, the difference between C (N) pi and C (N + 1) pi falls within a predetermined value for all p and i. The method of estimating the initial value C0 where N = 0 is the molecular orbital initial value calculation method.

【0005】従来の分子軌道初期値計算方法は次の3種
類に分類できる。 (1)分子軌道初期値を得るための計算要素を経験パラ
メータにより設定し、要素行列の対角化などにより分子
軌道初期値を得る半経験的方法であり、これまでにも多
くの提案をしてきた(特許番号2500094号等)。 (2)ターゲット分子を構成する原子につき、与えられ
た原子軌道基底情報に従って原子単独の原子軌道計算を
行って、計算結果の原子密度行列ないし電荷分布を流用
して分子の密度行列を合成し分子軌道初期値を得る方
法。 (3)ターゲット分子を部分に分け、各部分について与
えられた原子軌道基底情報に従って分子軌道計算を行っ
て、計算結果の密度行列ないし電荷分布を流用して分子
の密度行列を合成し分子軌道初期値を得る方法。
[0005] Conventional methods for calculating molecular orbital initial values can be classified into the following three types. (1) This is a semi-empirical method in which the calculation elements for obtaining the molecular orbital initial value are set by empirical parameters, and the molecular orbital initial value is obtained by diagonalization of the element matrix, etc., and many proposals have been made so far. (Patent No. 25000009, etc.). (2) The atoms constituting the target molecule are subjected to the atomic orbital calculation of the atoms alone in accordance with the given atomic orbital basis information, and the density matrix of the molecule is synthesized by using the atom density matrix or the charge distribution of the calculation result. How to get the orbit initial value. (3) The target molecule is divided into parts, molecular orbital calculations are performed in accordance with the atomic orbital basis information given for each part, and the density matrix or charge distribution of the calculation result is used to synthesize a molecular density matrix, and the molecular orbital initial is calculated. How to get the value.

【0006】ところで、近年、より大きい分子に対する
解析予測ニーズが高まってきている。例えば、より効能
の高い医薬品を開発するには、人体内で化学反応を起す
酵素を作る蛋白質などの高分子に対する分子軌道計算が
必要とされる。また、高集積化された半導体の電子的挙
動を解析する場合も同様である。
[0006] In recent years, the need for analysis prediction for larger molecules has been increasing. For example, in order to develop a drug with higher efficacy, molecular orbital calculations for macromolecules such as proteins that make enzymes that cause chemical reactions in the human body are required. The same applies to the case where the electronic behavior of a highly integrated semiconductor is analyzed.

【0007】[0007]

【発明が解決しょうとする課題】このようなニーズに対
しては、上述の従来技術では不足である。先ず、第1の
分類に属する従来技術には多数の方法が存在するが、そ
れぞれに共通する問題点は、小さな分子には有効である
が、大きな分子になるに従って有効性が落ちるというこ
とである。その理由は、分子軌道初期値を得るための計
算要素を小さな分子に対する経験値あるいは実測値によ
り固定的に決定しているためである。
The above-mentioned prior art is insufficient for such needs. First, there are a number of methods in the prior art belonging to the first category, but the common problem is that they are effective for small molecules, but become less effective for larger molecules. . The reason is that the calculation elements for obtaining the molecular orbital initial values are fixedly determined by empirical values or measured values for small molecules.

【0008】また、第2の分類に属する従来技術の問題
点は、分子内での原子の電荷吸引力を反映した初期値が
得られないということである。その理由は、原子単独で
の計算結果を流用するため原子同士の電荷のやりとりが
全く考慮されないためである。
Another problem of the prior art belonging to the second category is that it is not possible to obtain an initial value reflecting the electric charge attractive force of atoms in a molecule. The reason is that the exchange of charges between atoms is not considered at all because the calculation result of atoms alone is used.

【0009】さらに、第3の分類に属する従来技術の問
題点は、分子軌道初期値計算の対象としてターゲット分
子(以下、「ターゲット分子」という)を適切な部分に
分ける指定を付加的に与える手間が余分にかかるという
ことである。
Further, a problem of the prior art belonging to the third category is that the target molecule (hereinafter, referred to as “target molecule”) as a target of molecular orbital initial value calculation is additionally provided with a designation for dividing into appropriate portions. Is extra.

【0010】本発明の第1の目的は、大きな分子に対し
ても有効な分子軌道初期値生成の装置および方法を提供
することにある。
A first object of the present invention is to provide an apparatus and a method for generating an initial value of a molecular orbital effective for a large molecule.

【0011】本発明の第2の目的は、分子に含まれる原
子の電荷特性を反映させた分子軌道初期値生成の装置お
よび方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide an apparatus and a method for generating a molecular orbital initial value reflecting the charge characteristics of atoms contained in a molecule.

【0012】本発明の第3の目的はターゲット分子を標
準分子に分けることに関して付加的な手間を排除した分
子軌道初期値生成の装置および方法を提供することにあ
る。
A third object of the present invention is to provide an apparatus and a method for generating an initial value of a molecular orbital which eliminates an additional time for dividing a target molecule into a standard molecule.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ため、本発明の分子軌道初期値生成システムは、ターゲ
ット分子に含まれる標準分子内での原子の状態を、与え
られた原子軌道基底情報を用いて推定を含めず計算し、
その流用により、ターゲット分子の密度行列を推定する
ことを付加的な指定無しに自動的に実行するようにして
いる。
Means for Solving the Problems To solve the above problems, the molecular orbital initial value generation system of the present invention converts the state of an atom in a standard molecule contained in a target molecule into a given atomic orbital basis. Using information to calculate without estimation,
Due to the diversion, the estimation of the density matrix of the target molecule is automatically performed without any additional specification.

【0014】第1の本発明の分子軌道初期値計算装置
は、ターゲット分子が含む原子の種類に従って標準分子
を選択する手段と、与えられた原子軌道基底情報を使用
して前記標準分子に対する分子軌道計算を実行する手段
と、該分子軌道計算結果である部分密度行列ないしは電
荷分布指数を流用し前記原子の種類に従って前記ターゲ
ット分子に対する近似的密度行列を構成する手段と、該
近似的密度行列を前記ターゲット分子の分子軌道初期値
に変換する手段とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a molecular orbital initial value calculating device for selecting a standard molecule according to the type of an atom contained in a target molecule, and a molecular orbital for the standard molecule using given atomic orbital basis information. Means for executing calculation, means for diverting a partial density matrix or a charge distribution index, which is a result of the molecular orbital calculation, to form an approximate density matrix for the target molecule according to the type of the atom, Means for converting the initial value into the molecular orbital value of the target molecule.

【0015】第2の本発明の分子軌道初期値計算装置
は、原子軌道基底情報を使用する非経験的分子軌道計算
法における分子軌道初期値計算装置において、原子毎に
それが含まれる標準分子および該標準分子における原子
の座標位置情報を格納した標準分子データベースと、タ
ーゲット分子の構成原子種類情報および原子軌道基底情
報を入力しメモリに記憶する入力手段と、前記分子構成
原子種類情報に従って前記ターゲット分子を構成する原
子の全種類が標準分子のどれかに含まれるように前記標
準分子データベースから標準分子の組を選ぶ標準分子選
択手段と、前記原子軌道基底情報を使用して前記選ばれ
た標準分子全てにつき分子軌道計算を実施する内蔵分子
軌道計算手段と、該分子軌道計算結果から前記ターゲッ
ト分子を構成する原子に対する部分密度行列ないし電荷
分布を抽出し、前記ターゲット分子の密度行列の部分要
素として埋め込むことにより前記ターゲット分子の近似
的密度行列を合成する密度行列合成手段と、該近似的密
度行列を前記ターゲット分子の分子軌道に転換する転換
手段とを備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a molecular orbital initial value calculating apparatus in an ab initio molecular orbital calculation method using atomic orbital basis information, wherein a standard molecule and a standard molecule which are included for each atom are included. A standard molecule database storing coordinate position information of atoms in the standard molecule, input means for inputting constituent atom type information and atomic orbital basis information of the target molecule and storing them in a memory, and the target molecule according to the molecular constituent atom type information A standard molecule selecting means for selecting a set of standard molecules from the standard molecule database so that all kinds of atoms constituting the standard molecules are included in any of the standard molecules, and the standard molecule selected using the atomic orbital basis information. A built-in molecular orbital calculation means for performing a molecular orbital calculation for all of them, and an element for forming the target molecule from the molecular orbital calculation result Density matrix synthesis means for extracting an approximate density matrix of the target molecule by extracting a partial density matrix or a charge distribution with respect to the target molecule and embedding the partial density matrix as a partial element of the density matrix of the target molecule; Conversion means for converting into molecular orbitals.

【0016】具体的には、図1において、本発明の分子
軌道初期値生成装置10は、ターゲット分子を構成する
構成原子種類情報20と使用すべき原子軌道基底情報3
0を入力手段により入力し、標準分子選択手段2により
構成原子種類情報20に従って標準分子を標準分子デー
タベース7から選択し、内蔵分子軌道計算手段3によ
り、選択された標準分子全てについて、原子軌道基底情
報30を使って電荷分布ないし密度行列を計算する。次
に、密度行列合成手段4により、近似的密度行列を生成
し、転換手段5により近似的密度行列から分子軌道初期
値を生成し、出力手段6により、ターゲット分子に対す
る分子軌道初期値を出力する。
Specifically, in FIG. 1, the molecular orbital initial value generating apparatus 10 of the present invention comprises constituent atom type information 20 and atomic orbital base information 3 to be used, which constitute a target molecule.
0 is input by the input means, the standard molecule is selected from the standard molecule database 7 by the standard molecule selection means 2 according to the constituent atom type information 20, and the built-in molecular orbital calculation means 3 calculates the atomic orbital basis for all of the selected standard molecules. The charge distribution or density matrix is calculated using the information 30. Next, an approximate density matrix is generated by the density matrix synthesizing means 4, an initial molecular orbital value is generated from the approximate density matrix by the conversion means 5, and an initial molecular orbital value for the target molecule is output by the output means 6. .

【0017】このようにして、本発明によれば、小さい
標準分子単位に電荷分布ないしは密度行列を計算するた
め、大きいターゲット分子にも対応できる。また、計算
単位が標準分子であるため分子中の原子の標準的荷電特
性を反映させることができる。さらに、ターゲット分子
を自動的に標準分子に分割するため付加的な手間が不要
となる。
As described above, according to the present invention, since the charge distribution or the density matrix is calculated in small standard molecular units, it can be applied to a large target molecule. Further, since the calculation unit is a standard molecule, the standard charge characteristics of atoms in the molecule can be reflected. Further, since the target molecule is automatically divided into standard molecules, no additional labor is required.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】図1を参照すると、本発明の一実施例の分
子軌道初期値生成装置10は、ターゲット分子を構成す
る原子の種類情報(構成原子種類情報)20と使用すべ
き原子軌道基底情報30をメモリ(図示省略)に入力す
る入力手段1と、構成原子種類情報20に従って標準分
子データベース7から標準分子を選択する標準分子選択
手段2と、標準分子について原子軌道底情報30を使用
して分子軌道計算を実施する内蔵分子軌道計算手段3
と、標準分子についての計算結果を流用して、ターゲッ
ト分子に対する近似的密度行列を合成する密度行列合成
手段4と、近似的密度行列を分子軌道に転換する転換手
段5と、ターゲット分子に対する分子軌道初期値40を
出力する出力手段6から構成されている。
Referring to FIG. 1, a molecular orbital initial value generating apparatus 10 according to one embodiment of the present invention includes information on the types of atoms (constituting atomic type information) 20 constituting the target molecule and basic information on atomic orbitals 30 to be used. Input to the memory (not shown), a standard molecule selecting unit 2 for selecting a standard molecule from the standard molecule database 7 according to the constituent atom type information 20, and a molecule using the atomic orbital bottom information 30 for the standard molecule. Built-in molecular orbital calculation means 3 for orbital calculation
A density matrix synthesizing means 4 for synthesizing an approximate density matrix for the target molecule by using the calculation result of the standard molecule, a converting means 5 for converting the approximate density matrix to a molecular orbital, a molecular orbital for the target molecule The output means 6 outputs an initial value 40.

【0020】これらの手段はそれぞれ概略つぎのように
動作する。入力手段1は、定められたデータ形式の分子
構成原子種類情報20と原子軌道基底情報30を入力
し、分子軌道計算初期値生成装置10内のメモリ(図示
省略)に記憶する。
Each of these means operates as follows. The input means 1 inputs the molecular constituent atom type information 20 and the atomic orbital basis information 30 in a predetermined data format and stores them in a memory (not shown) in the molecular orbital calculation initial value generating device 10.

【0021】標準分子選択手段2は、入力手段1により
記憶された分子構成原子種類情報に従って、ターゲット
分子を構成する原子の全種類が、標準分子のどれかに含
まれるように標準分子データベース7から標準分子の組
を選ぶ。
The standard molecule selecting means 2 reads the standard molecule database 7 from the standard molecule database 7 in accordance with the molecular constituent atom type information stored by the input means 1 so that all kinds of atoms constituting the target molecule are included in any of the standard molecules. Choose a set of standard molecules.

【0022】内蔵分子軌道計算手段3は、入力された原
子軌道基底情報30を使って、選ばれた標準分子全てに
ついて分子軌道計算を実施する。このとき、内蔵分子軌
道計算手段3においても標準分子に対する分子軌道初期
値が必要であるが、標準分子は小さい分子であるため従
来から知られている分子軌道初期値生成方法を利用す
る。
The built-in molecular orbital calculation means 3 performs the molecular orbital calculation for all the selected standard molecules using the input atomic orbital basis information 30. At this time, the built-in molecular orbital calculation means 3 also needs the molecular orbital initial value for the standard molecule. However, since the standard molecule is a small molecule, a conventionally known molecular orbital initial value generating method is used.

【0023】密度行列合成手段4は、標準分子の組につ
いての分子軌道計算結果から、ターゲット分子を構成す
る原子に対する密度行列ないし電荷分布を抽出し、ター
ゲット分子の密度行列の部分要素として埋め込むことに
より、ターゲット分子の近似的密度行列を合成する。転
換手段5は、密度行列を通常の方法に従って分子軌道に
転換し、出力手段6は、分子軌道初期値40を定められ
たデータ形式で出力する。
The density matrix synthesizing means 4 extracts a density matrix or a charge distribution for the atoms constituting the target molecule from the molecular orbital calculation result for the set of standard molecules, and embeds the density matrix as a partial element of the density matrix of the target molecule. Synthesize an approximate density matrix of the target molecule. The conversion means 5 converts the density matrix into molecular orbitals according to a normal method, and the output means 6 outputs the molecular orbital initial value 40 in a predetermined data format.

【0024】次に、図1の構成図および図2のフローチ
ャート、および図4〜図8を参照して本実施例の動作に
ついて具体的に説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described in detail with reference to the block diagram of FIG. 1, the flowchart of FIG. 2, and FIGS.

【0025】先ず、入力手段1により分子構成原子種類
情報20と原子軌道基底情報30を入力する(図2の手
順A1)。分子構成原子種類情報20はターゲット分子
を構成する原子の元素記号ないし原子番号を羅列する形
式となる。例えば、ターゲット分子がCaH200C100N5
0O50であったとして、元素記号で記述する場合は、合
計401個の元素記号が図3に示すように羅列される。
図3では同一原子種を連続して並べているが、同一原子
種がバラバラに現れる並び方でもかまわない。原子軌道
基底情報30はターゲット分子に含まれる原子の種類に
対し各々軌道のシェルタイプと原子軌道を構成するプリ
ミティブ軌道の数および各プリミティブ軌道の定義から
なる通常の構成であり、その内容は周知であるからその
詳細は省略する。
First, the molecular type information 20 and the atomic orbital basis information 30 are inputted by the input means 1 (procedure A1 in FIG. 2). The molecular constituent atom type information 20 has a format listing element symbols or atomic numbers of atoms constituting the target molecule. For example, if the target molecule is CaH200C100N5
When it is described as 0O50 and described by element symbols, a total of 401 element symbols are listed as shown in FIG.
In FIG. 3, the same atomic species are continuously arranged, but the same atomic species may appear in a random manner. The atomic orbital basis information 30 is a normal configuration including the shell type of the orbital, the number of primitive orbitals constituting the atomic orbital, and the definition of each primitive orbital for each type of atom contained in the target molecule. The details are omitted here.

【0026】次に、標準分子選択手段2において分子を
構成する原子の種類を洗い出し(図2の手順A2)。洗
い出される原子は、CaH200C100N50O50分子の例で
は、Ca,H,C,NおよびOの5つの原子種となる。
そして、これら全ての原子種が含まれるように標準分子
データベース7から標準分子の組を選択する(図2の手
順A3)。
Next, the types of atoms constituting the molecule are identified by the standard molecule selecting means 2 (procedure A2 in FIG. 2). The atoms to be washed out are five atomic species of Ca, H, C, N and O in the example of CaH200C100N50O50 molecule.
Then, a set of standard molecules is selected from the standard molecule database 7 so as to include all these atomic species (procedure A3 in FIG. 2).

【0027】標準分子データベース7の情報は、標準分
子を構成する原子の種類情報と座標情報からなり、例え
ば、図4に示した一例のように、原子種から標準分子へ
の参照インデックスと標準分子定義情報を持つ。ターゲ
ット分子がCaH200C100N50O50であるときは、図4
の例ではインデックス参照から、Ca→標準分子1、H
→標準分子1、C→標準分子1、N→標準分子3、O→
標準分子3が選択され、結局標準分子の組として{Ca
H6C2O、H5CNO}の2分子の組が選ばれる。図5
はターゲット分子CaH200C100N50O50から標準分子
CaH6C2OおよびH5CNOを選定する手順を図示し
たものである。
The information of the standard molecule database 7 includes type information and coordinate information of atoms constituting the standard molecule. For example, as shown in an example shown in FIG. Has definition information. When the target molecule is CaH200C100N50O50, FIG.
In the example of, from the index reference, Ca → standard molecule 1, H
→ Standard molecule 1, C → Standard molecule 1, N → Standard molecule 3, O →
The standard molecule 3 is selected, and finally the set of standard molecules is {Ca}
A set of two molecules of H6C2O and H5CNO is selected. FIG.
Shows the procedure for selecting standard molecules CaH6C2O and H5CNO from the target molecules CaH200C100N50O50.

【0028】次に、内蔵分子軌道計算手段3により、標
準分子の組全てについて分子軌道計算を実施する(図2
の手順A4およびA5)。例えば、上の例では標準分子
CaH6C2Oと標準分子H5CNOにつき分子軌道計算を
実施する。内蔵分子軌道計算手段3の詳細な構成は本発
明の範囲には含まれないが、例えば、CaH200C100N5
0O50のような大きな分子については計算不能であって
も小さな標準分子、例えばCaH6C2OとH5CNOにつ
いては計算可能とする。そのような構成は既知である。
Next, the molecular orbital calculation is performed for all the sets of standard molecules by the built-in molecular orbital calculation means 3 (FIG. 2).
Procedures A4 and A5). For example, in the above example, the molecular orbital calculation is performed for the standard molecule CaH6C2O and the standard molecule H5CNO. Although the detailed configuration of the built-in molecular orbital calculation means 3 is not included in the scope of the present invention, for example, CaH200C100N5
Even if it is impossible to calculate a large molecule such as 0O50, it is possible to calculate a small standard molecule such as CaH6C2O and H5CNO. Such an arrangement is known.

【0029】標準分子に対する計算結果は密度行列ない
しMulliken電荷として格納する。密度行列情報は図6の
構成例に示されるように、分子軌道を記述する原子軌道
pで添え字付けされた2次元行列で表される。密度行列
PはCを分子軌道係数行列、Oを占有行列とするとする
とP=COC’と定義される。また、原子軌道pのMull
iken電荷λpはλp=Σ(q)PpqSpqと定義される。
The calculation result for the standard molecule is stored as a density matrix or Mulliken charge. As shown in the configuration example of FIG. 6, the density matrix information is represented by a two-dimensional matrix subscripted by an atomic orbital p that describes a molecular orbital. The density matrix P is defined as P = COC 'where C is a molecular orbital coefficient matrix and O is an occupancy matrix. The Mull of the atomic orbital p
The iken charge λp is defined as λp = Σ (q) PpqSpq.

【0030】次に、密度行列合成手段4で、標準分子の
計算結果の中から、ターゲット分子に必要な部分密度行
列(原子密度行列)情報ないしMulliken電荷情報を抜き
出す(図2の手順A6,図6参照)。例えば、上の例で
は、図7に図示されるように、CaH6C2O分子からCa
とHとCの情報を抜き出し、H5CNO分子からNとO
の情報を抜き出す。CaH6C2O分子からCaの情報を抜
き出す場合は、密度行列の要素Ppqにおいて原子軌道
p、qがいずれも同一原子に属するような部分行列を抜
き出すか、Pppかλpにおいて原子軌道pが同一原子に
属するような対角要素を抜き出す(図6参照)。
Next, the density matrix synthesizing means 4 extracts partial density matrix (atomic density matrix) information or Mulliken charge information necessary for the target molecule from the calculation results of the standard molecules (procedure A6 in FIG. 2, FIG. 6). For example, in the above example, as shown in FIG.
And the information of H and C are extracted, and N and O are extracted from the H5 CNO molecule.
Extract the information of When extracting Ca information from a CaH6C2O molecule, extract a submatrix in which both the atomic orbitals p and q belong to the same atom in the element Ppq of the density matrix, or make the atomic orbital p belong to the same atom in Ppp or λp. Extract diagonal elements (see FIG. 6).

【0031】同一の原子種が複数含まれる標準分子にお
いては平均値ないし代表値を採り、同一のシェルに属す
るサブ軌道に関わる要素値はサブ軌道内での平均値で置
き換える(図2のA7)。
For a standard molecule containing a plurality of the same atomic species, an average value or a representative value is taken, and the element values relating to the sub-orbitals belonging to the same shell are replaced with the average values in the sub-orbitals (A7 in FIG. 2). .

【0032】その後、ターゲット分子の構成原子種類情
報に従い、図7に示すように、原子毎に標準分子から抜
き出した部分密度行列ないしMulliken電荷を部分行列と
して対角項に並べて行くことによって、ターゲット分子
の近似的密度行列P0を合成する(図2のA8)。
Then, according to the constituent atom type information of the target molecule, as shown in FIG. 7, a partial density matrix or a Mulliken charge extracted from the standard molecule for each atom is arranged in a diagonal term as a partial matrix, thereby obtaining the target molecule. Is synthesized (A8 in FIG. 2).

【0033】さらに、転換手段5においてF0=SP0S
を作り、連立行列方程式、 C0’F0C0=e 、 C0’SC0=E を解いて分子軌道初期値C0を得る(図2の手順A
9)。
Further, in the conversion means 5, F0 = SP0S
And solving the simultaneous matrix equations, C0'F0C0 = e and C0'SC0 = E, to obtain the initial molecular orbital value C0 (procedure A in FIG. 2).
9).

【0034】最後に、出力手段6より分子軌道係数行列
Cの初期値C0を定められたデータ形式で出力する(図
2の手順A10)。分子軌道初期値情報は、図8に示す
構成例のように分子軌道sと原子軌道tで添え字付けさ
れる2次元行列で表される。
Finally, the output means 6 outputs an initial value C0 of the molecular orbital coefficient matrix C in a predetermined data format (procedure A10 in FIG. 2). The molecular orbital initial value information is represented by a two-dimensional matrix subscripted by the molecular orbital s and the atomic orbital t as in the configuration example shown in FIG.

【0035】このようにして、本発明によれば、既存の
分子軌道初期値生成法では良好な初期値を生成できない
ような大きな分子に対しても良好な分子軌道初期値を生
成することができるようになる。
Thus, according to the present invention, a good molecular orbital initial value can be generated even for a large molecule for which a good initial value cannot be generated by the existing molecular orbital initial value generation method. Become like

【0036】以上に説明した分子軌道初期値生成方法を
コンピュータに実行させるためのプログラムを半導体メ
モリ,フロッピー(登録商標)ディスク,CD−ROM
等の記録媒体に記録し、コンピュータに読み込ませて実
行させるようにしてもよい。そのプログラムはコンピュ
ータを制御し、分子軌道初期値生成装置として機能させ
る。
A program for causing a computer to execute the method for generating the molecular orbital initial value described above is stored in a semiconductor memory, a floppy (registered trademark) disk, or a CD-ROM.
Alternatively, the program may be recorded on a recording medium such as the above, and read and executed by a computer. The program controls the computer to function as a molecular orbital initial value generation device.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明の第1の効果は、原子の荷電吸引
力を反映した分子軌道初期値を構成できることにある。
その理由は、原子単独ではなくその原子を含む標準分子
における原子についての計算を与えられた原子軌道基底
を使って計算するため、分子中の原子の標準的荷電特性
が反映されるためである。
A first effect of the present invention is that an initial molecular orbital value reflecting the charged attraction of atoms can be formed.
The reason for this is that not only the atoms alone but also the atoms in the standard molecule containing the atoms are calculated using the given atomic orbital basis, which reflects the standard charge characteristics of the atoms in the molecule.

【0038】また、本発明の第2の効果は、従来得るこ
とが困難であった大きな分子に対しても良好な分子軌道
初期値を提供出来るため分子軌道計算計算の適用範囲が
拡大されるということである。特に従来の分子軌道初期
値生成方法では収束に困難があった蛋白質などの高分子
に対する分子軌道法の適用能力が向上する。
The second effect of the present invention is that a good molecular orbital initial value can be provided even for a large molecule which has been difficult to obtain conventionally, so that the applicable range of the molecular orbital calculation is expanded. That is. In particular, the ability to apply the molecular orbital method to a macromolecule such as a protein, which has been difficult to converge with the conventional molecular orbital initial value generating method, is improved.

【0039】さらに、本発明の第3の効果は、ターゲッ
ト分子を標準分子に分割することを自動化したため、付
加的な手間が不要になるということである。
Further, a third effect of the present invention is that, since the division of the target molecule into standard molecules is automated, no additional labor is required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の分子軌道初期値生成装置の一実施例を
示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a molecular orbital initial value generation device of the present invention.

【図2】本発明の分子軌道初期値生成方法の一例を示す
フローチャート
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a method for generating a molecular orbital initial value according to the present invention;

【図3】本発明を説明するためのターゲット分子の分子
構成原子種類情報の構成例を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of molecular constituent atom type information of a target molecule for explaining the present invention.

【図4】本発明に使用される標準分子データベースの構
成例を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a standard molecule database used in the present invention.

【図5】本発明における標準分子選択手順を示す図FIG. 5 is a diagram showing a standard molecule selection procedure in the present invention.

【図6】本発明における原子密度行列情報の構成例と部
分行列抜出しとの対応関係を標準分子例を用いて例示す
る図
FIG. 6 is a diagram exemplifying a correspondence relationship between a configuration example of atomic density matrix information and extraction of a partial matrix according to the present invention using a standard molecule example;

【図7】本発明におけるターゲット分子の近似的密度行
列の合成手順を例示する図
FIG. 7 is a diagram illustrating a procedure for synthesizing an approximate density matrix of a target molecule in the present invention.

【図8】本発明を説明するための分子軌道初期値情報の
構成例を示す図
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of molecular orbital initial value information for explaining the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力手段 2 標準分子選択手段 3 内蔵分子軌道計算手段 4 密度行列合成手段 5 転換手段 6 出力手段 7 標準分子データベース 10 分子軌道初期値生成装置 20 構成原子種類情報 30 原子軌道基底情報 40 分子軌道初期値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input means 2 Standard molecule selection means 3 Built-in molecular orbital calculation means 4 Density matrix synthesizing means 5 Conversion means 6 Output means 7 Standard molecular database 10 Molecular orbital initial value generation device 20 Composition atom type information 30 Atomic orbital base information 40 Molecular orbital initial value

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲット分子が含む原子の種類に従っ
て標準分子を選択する手段と、 与えられた原子軌道基底情報を使用して前記標準分子に
対する分子軌道計算を実行する手段と、 該分子軌道計算結果である部分密度行列ないしは電荷分
布指数を流用し前記原子の種類に従って前記ターゲット
分子に対する近似的密度行列を構成する手段と、 該近似的密度行列を前記ターゲット分子の分子軌道初期
値に変換する手段とを備えたことを特徴とし非経験的分
子軌道計算法に使用される分子軌道初期値計算装置。
1. A means for selecting a standard molecule according to the type of atoms contained in a target molecule; a means for performing a molecular orbital calculation on the standard molecule using given atomic orbital basis information; Means for diverting a partial density matrix or a charge distribution index that is an average density matrix for the target molecule in accordance with the type of the atom, and means for converting the approximate density matrix into an initial molecular orbital value of the target molecule. A molecular orbital initial value calculation device used for ab initio molecular orbital calculation method characterized by comprising:
【請求項2】 原子軌道基底情報を使用する非経験的分
子軌道計算法における分子軌道初期値計算装置におい
て、 原子毎にそれが含まれる標準分子および該標準分子にお
ける原子の座標位置情報を格納した標準分子データベー
スと、 ターゲット分子の構成原子種類情報および原子軌道基底
情報を入力しメモリに記憶する入力手段と、 前記分子構成原子種類情報に従って前記ターゲット分子
を構成する原子の全種類が標準分子のどれかに含まれる
ように前記標準分子データベースから標準分子の組を選
ぶ標準分子選択手段と、 前記原子軌道基底情報を使用して前記選ばれた標準分子
全てにつき分子軌道計算を実施する内蔵分子軌道計算手
段と、 該分子軌道計算結果から前記ターゲット分子を構成する
原子に対する部分密度行列ないし電荷分布を抽出し、前
記ターゲット分子の密度行列の部分要素として埋め込む
ことにより前記ターゲット分子の近似的密度行列を合成
する密度行列合成手段と、 該近似的密度行列を前記ターゲット分子の分子軌道に転
換する転換手段とを備えたことを特徴とする分子軌道初
期値計算装置。
2. A molecular orbital initial value calculation apparatus in an ab initio molecular orbital calculation method using atomic orbital basis information, wherein a standard molecule containing the atom and coordinate position information of the atom in the standard molecule are stored for each atom. A standard molecule database; input means for inputting constituent atom type information and atomic orbital basis information of the target molecule and storing the information in a memory; and all of the types of atoms constituting the target molecule according to the molecular constituent atom type information are standard molecules. A standard molecule selecting means for selecting a set of standard molecules from the standard molecular database to be included in the standard molecular database; and a built-in molecular orbital calculation for performing a molecular orbital calculation for all of the selected standard molecules using the atomic orbital basis information Means, a partial density matrix or a charge distribution for atoms constituting the target molecule from the molecular orbital calculation result. Density matrix synthesizing means for extracting and embedding the approximate density matrix of the target molecule by embedding as a partial element of the density matrix of the target molecule; and converting means for converting the approximate density matrix into molecular orbitals of the target molecule. A molecular orbital initial value calculation device characterized by comprising:
【請求項3】 前記標準分子データベースは、原子毎に
それが含まれる標準分子を指し示す参照インデックス
と、標準分子毎に包含する原子の位置座標を表示する標
準分子定義情報とから構成されることを特徴とする請求
項2に記載の分子軌道初期値計算装置。
3. The standard molecule database includes a reference index indicating, for each atom, a standard molecule that includes the atom, and standard molecule definition information for displaying position coordinates of an atom included for each standard molecule. The molecular orbital initial value calculation device according to claim 2, characterized in that:
【請求項4】 前記密度行列合成手段は、前記選ばれた
標準分子に同一の原子が複数含まれる場合には、それら
の平均値ないしは代表値を採ることを特徴とする請求項
2または請求項3に記載の分子軌道初期値計算装置。
4. The density matrix synthesizing means, when the selected standard molecule contains a plurality of the same atoms, takes an average value or a representative value thereof. 3. The molecular orbital initial value calculation device according to 3.
【請求項5】 前記密度行列合成手段は、前記各標準分
子の分子軌道計算結果から該当する原子種に対する部分
密度行列またはMulliken電荷を抜き出し、該部分密度行
列またはMulliken電荷から原子軌道のシェル内での平均
値を求め、シェル内の各サブ軌道の要素をその平均値で
置き換え、前記分子構成原子種類情報に従って前記ター
ゲット分子の原始毎に前記部分密度行列またはMulliken
電荷を部分行列として埋め込むことによって、前記ター
ゲット分子に対する近似的密度行列を合成することを特
徴とする請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の分
子軌道初期値計算装置。
5. The density matrix synthesizing means extracts a partial density matrix or a Mulliken charge for a corresponding atomic species from a molecular orbital calculation result of each standard molecule, and extracts a partial density matrix or a Mulliken charge from the partial density matrix or the Mulliken charge in a shell of an atomic orbital. Of the sub-orbital in the shell is replaced by the average value, and the partial density matrix or Mulliken is used for each primitive of the target molecule according to the molecular constituent atom type information.
5. The molecular orbital initial value calculation apparatus according to claim 2, wherein an approximate density matrix for the target molecule is synthesized by embedding charges as a partial matrix.
【請求項6】 原子軌道基底情報を使用する非経験的分
子軌道計算法における分子軌道初期値計算方法におい
て、 原子毎にそれが含まれる標準分子および該標準分子にお
ける原子の座標位置情報を標準分子データベースに格納
しておく手順と、 ターゲット分子の構成原子種類情報および原子軌道基底
情報を入力しメモリに記憶する手順と、 前記分子構成原子種類情報に従って前記ターゲット分子
を構成する原子の全種類が標準分子のどれかに含まれる
ように前記標準分子データベースから標準分子の組を選
ぶ手順と、 前記原子軌道基底情報を使用して前記選ばれた標準分子
全てにつき分子軌道計算を実施する手順と、 該分子軌道計算結果から前記ターゲット分子を構成する
原子に対する部分密度行列ないし電荷分布を抽出し、前
記ターゲット分子の密度行列の部分要素として埋め込む
ことにより前記ターゲット分子の近似的密度行列を合成
する手順と、 該近似的密度行列を前記ターゲット分子の分子軌道に転
換する手順とを有することを特徴とする分子軌道初期値
計算方法。
6. A method for calculating an initial value of a molecular orbit in an ab initio molecular orbital calculation method using atomic orbital basis information, comprising: a standard molecule containing each atom and coordinate position information of an atom in the standard molecule; A procedure for storing in a database, a procedure for inputting constituent atom type information and atomic orbital basis information of a target molecule and storing them in a memory, and a procedure for storing all types of atoms constituting the target molecule according to the molecular constituent atom type information as standard Selecting a set of standard molecules from the standard molecule database to be included in any of the molecules; performing molecular orbital calculations for all of the selected standard molecules using the atomic orbital basis information; A partial density matrix or a charge distribution for atoms constituting the target molecule is extracted from the molecular orbital calculation result, and the target is extracted. A molecule having a procedure of synthesizing an approximate density matrix of the target molecule by embedding as a partial element of the density matrix of the molecule, and a step of converting the approximate density matrix into a molecular orbital of the target molecule. Orbit initial value calculation method.
【請求項7】 原子毎にそれが含まれる標準分子および
該標準分子における原子の座標位置情報を格納した標準
分子データベースを備えたコンピュータに、 ターゲット分子の構成原子種類情報および原子軌道基底
情報を入力しメモリに記憶する処理と、 前記分子構成原子種類情報に従って前記ターゲット分子
を構成する原子の全種類が標準分子のどれかに含まれる
ように前記標準分子データベースから標準分子の組を選
ぶ処理と、 前記原子軌道基底情報を使用して前記選ばれた標準分子
全てにつき分子軌道計算を実施する処理と、 該分子軌道計算結果から前記ターゲット分子を構成する
原子に対する部分密度行列ないし電荷分布を抽出し、前
記ターゲット分子の密度行列の部分要素として埋め込む
ことにより前記ターゲット分子の近似的密度行列を合成
する処理と、 該近似的密度行列を前記ターゲット分子の分子軌道に転
換する処理とを実行させるためのプログラムを記録した
コンピュータ読込み可能な記録媒体。
7. A computer equipped with a standard molecule database which stores therein standard molecules containing atoms for each atom and coordinate position information of atoms in the standard molecules. And a process of storing a set of standard molecules from the standard molecule database such that all types of atoms constituting the target molecule are included in any of the standard molecules according to the molecular constituent atom type information. Performing a molecular orbital calculation for all of the selected standard molecules using the atomic orbital basis information; extracting a partial density matrix or charge distribution for atoms constituting the target molecule from the molecular orbital calculation result; By embedding as a subelement of the density matrix of the target molecule, the approximate density of the And processing for combining the matrix, the approximation density recording a computer-readable recording medium storing a program for executing a process to convert the molecular orbital of the matrix the target molecule.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115116553A (en) * 2021-03-19 2022-09-27 合肥本源量子计算科技有限责任公司 Method, device, medium, and electronic device for configuring parameters of molecule

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EP2479695A2 (en) 2011-01-25 2012-07-25 Fujitsu Limited Apparatus, method, and recording-medium for molecular structure construction and molecular structure design
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