KR101566991B1 - Method for multiple detection of details of molecular orbital by subsets of the entire block and system using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a) 분자 오비탈의 세부 특성을 평가할 대상 분자를 선택한 후 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계; b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ}(ℓ은 블록 스펙트럼의 번호로서 1 내지 Nmul))을 각각 계산하고 R(ℓ)을 구하는 단계; 및 c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법에 관한 것이다.A) obtaining N mul block spectra having different total number of blocks after selecting a molecule to be evaluated for the detailed characteristics of the molecular orbitals; b) a partial block set (subset {l} (where 1 is a number of a block spectrum as 1 to N mul ) representing a threshold block region specified in advance for N mul block spectra of the target molecule, ; And c) the N mul of R (ℓ) detailed characteristics of the molecular orbital evaluation method using a set of partial blocks, characterized in that it comprises a step of calculating a mean value and a standard deviation for the calculated relative to the N mul blocks Spectrum .
Description
본 발명은 분자 오비탈의 세부 특성 평가를 보다 정확하게 수행할 수 있는 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for evaluating the characteristics of a molecular orbital using a partial block set and a system using the same.
분자 오비탈(Molecular Orbital, MO)은 분자 내 전자 거동을 이해하고 해석하는데 결정적인 정보를 제공하지만 정량적으로 분자오비탈을 정확하게 평가할 수 있는 방법이 기존에 없었기 때문에 그 중요성에 비해 물성 평가나 물질 개발에 유용하게 이용되지 못했다. Molecular Orbital (MO) provides crucial information for understanding and analyzing intracellular electron behavior, but since there has been no way to quantitatively evaluate molecular orbital accurately, it is useful for evaluation of properties or material development It was not used.
이러한 문제점을 해결해 본 발명자는 분자 오비탈을 체계적으로 이용하기 위해 분자 오비탈에 대한 특징으로 정량적으로 해석하고 평가할 수 있는 새로운 방법들을 개발하였다. To solve these problems, the present inventors have developed new methods for quantitatively analyzing and evaluating the characteristics of molecular orbital in order to use molecular orbital systematically.
특히 개발된 정량화 평가 기술 중에서 분자 오비탈을 단순한 블록으로 변환시켜 분자 오비탈 분포 특성 및 유사성 편차를 비교하는 방법은 직관적이고 정확한 정량적 비교 결과를 제공한다. 이와 같은 블록 기반 분자 오비탈 특성 평가 방법은 최초로 시도된 것으로 복잡한 분자 오비탈 분포 패턴을 단순한 블록으로 변환할 수 있어 그 유용성이 매우 크다.In particular, among the developed quantitative evaluation techniques, the method of converting molecular orbital into simple blocks and comparing molecular orbital distribution characteristics and similarity deviations provides intuitive and accurate quantitative comparison results. Such a block-based molecular orbital property evaluation method has been attempted for the first time, and it is very useful because it can convert a complex molecular orbital distribution pattern into a simple block.
하지만 복잡한 분포 패턴을 가지는 분자 오비탈을 블록으로 단순화시켜 분자 오비탈 특성을 평가하는 방법은 때때로 분자 오비탈의 세부적인 특성을 정확하게 파악하지 못할 수 있다. However, the method of evaluating molecular orbital characteristics by simplifying molecular orbitals with complex distribution patterns into blocks may sometimes fail to grasp the detailed characteristics of molecular orbital precisely.
구체적으로, 블록 기반의 분자 오비탈 특성 평가 방법은 블록의 총 개수에 가장 큰 영향을 받을 수 있다. 예를 들면 블록의 총 개수가 너무 작으면 원래의 분자 오비탈 정보가 너무 단순화되어서 분자 오비탈 특성을 정확하게 나타낼 수 없고 총 개수가 너무 많아도 블록이 나타내는 정보가 너무 세분화되기 때문에 분자 오비탈 특성을 정확하게 나타내지 못한다. 또한, 분자 오비탈이 분포하는 경향에 따라서 고정된 블록을 사용해서는 분자 오비탈의 세부적인 특성을 정확하게 평가하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.Specifically, the block-based molecular orbital characterization method can be most affected by the total number of blocks. For example, if the total number of blocks is too small, the original molecular orbital information is too simplistic to accurately represent the molecular orbital characteristics, and even if the total number is too large, the information represented by the blocks is too subdivided to accurately represent the molecular orbital characteristics. Also, depending on the tendency of the molecular orbital to be distributed, it may happen that the detailed characteristics of the molecular orbital can not be accurately evaluated using the fixed block.
따라서 본 발명자는 고정된 총 블록 개수를 이용해 블록 스펙트럼을 생성시키는 기존의 방법보다 보다 정확하게 분자 오비탈의 세부적인 특성을 평가할 수 있는 새로운 블록 기반 기술인 EnumMBS-R (Enumeration of Multiple Block Subsets-Real number)법을 개발하게 되었다.Therefore, the present inventor that a more accurate than the traditional method for creating a spectrum using a block number of a fixed total number of blocks to evaluate the granular nature of the molecular orbitals new block-based technique EnumMBS-R (Enum eration of M ultiple S B lock ubsets- R eal number) method.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고정된 총 블록 개수를 이용해 블록 스펙트럼을 생성시키는 기존의 방법보다 보다 정확하게 분자 오비탈의 세부적인 특성을 평가할 수 있는 새로운 블록 기반 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a new block-based technique capable of evaluating the detailed characteristics of molecular orbital more precisely than existing methods of generating block spectra using a fixed total number of blocks .
상기 목적을 달성하기 위하여, a) 분자 오비탈의 세부 특성을 평가할 대상 분자를 선택한 후 하기 ⅰ) 내지 ⅴ) 단계의 방법에 의해 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계: i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 대상 분자의 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ⅱ) 상기 대상 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N 개의 블록, BL(1) 내지 BL(N)을 만드는 단계, ⅲ) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k 는 블록 번호로서 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계, ⅳ) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 ⅴ) 상기 ⅱ)~ⅳ) 단계를 반복하여 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계; b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ}(ℓ은 블록 스펙트럼의 번호로서 1 내지 Nmul))을 각각 계산하고 임계 블록 영역의 임계 서열값인 R(ℓ)을 구하는 단계; 및 c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법을 제공한다.A) obtaining N mul block spectra having different total block numbers by the method of the following steps i) to v): i) selecting the molecule to be evaluated for the detailed characteristics of the molecular orbital, i) Calculating the molecular orbital distribution of the molecule of interest using a quantum mechanics calculation method, ii) calculating N blocks in the radial direction from the center of the molecule in the molecule of interest, BL (1) to BL (N) step, ⅲ) size of the molecular orbital rate (BX (k)) (k is a step of calculating a first to a natural number N) as a block number, ⅳ) the molecular orbital rate (BX (k)) associated with the blocks of the respective And obtaining a block spectrum by sequentially rearranging the blocks on the basis of a predetermined number of blocks, and v) repeating the steps ii) to iv) to obtain N mul block spectra having different total number of blocks; b) a partial block set (subset {l} (where 1 is a number of a block spectrum as 1 to N mul ) indicating a threshold block region specified in advance for N mul block spectra of the target molecule, Obtaining a critical sequence value R (l); And c) Evaluation method a detailed characteristic of the molecular orbital by the partial block set comprising the step of calculating the mean and standard deviation for the N mul of R (ℓ) computed for the N mul blocks Spectrum to provide.
본 발명의 분자 오비탈 세부 특성 평가 방법은 다양한 총 블록 개수를 가지는 블록 스펙트럼을 생성해 이에 따른 임계 블록 영역의 변화를 측정함으로써 분자 오비탈의 세부특성을 평가할 수 있어 향후 분자 오비탈 특성 평가를 이용한 물성 평가 및 OLED(organic light-emitting diode) 또는 태양전지 등과 같은 분야의 신규 물질 개발에 유용하게 이용될 것으로 기대된다. The molecular orbital detail characteristic evaluation method of the present invention can evaluate the detailed characteristics of the molecular orbital by measuring the change of the critical block region according to the generation of the block spectrum having various total number of blocks, It is expected to be useful for the development of new materials in fields such as OLED (organic light-emitting diode) or solar cell.
도 1은 총 블록 개수가 7개인 블록 스펙트럼 (ℓ=1)과 5개인 블록 스펙트럼 (ℓ=2)에 각각 부분 블록 집합 subset{ℓ}을 표시한 것이다.
도 2는 본 발명의 EnumMBS-R법에 따른 계산과정을 나타낸 Flow chart차트이다.
도 3 및 도 4는 서로 다른 분자 오비탈을 갖는 2개의 NPB(N,N'-Di[(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-(biphenyl)-4,4'-diamine)에 대해 서로 다른 전자 상태에서 양자역학 방법으로 계산된 분자 오비탈 A, B에 대해 각각 EnumMBS-R 법을 적용하여 얻은 R(k)에 대한 결과를 그림으로 나타낸 것이다.
도 5는 상기 도 3 및 도 4의 분자 오비탈 A, B의 분자 구조 내의 분포를 그림으로 나타낸 것이다.1 shows a partial block aggregate subset {l} in a block spectrum (ℓ = 1) having a total block number of 7 and a block spectrum (ℓ = 2) having five blocks.
2 is a flow chart chart illustrating a calculation process according to the Enum MBS-R method of the present invention.
Figures 3 and 4 illustrate two NPB (N, N'-Di [(1-naphthyl) -N, N'-diphenyl] -1,1'- (biphenyl) -4,4 ' ( k ) obtained by applying the Enum MBS-R method to each of the molecular orbital A and B calculated by the quantum mechanical method in different electronic states with respect to -diamine.
FIG. 5 is a graph showing the distribution of the molecular orbitals A and B in the molecular structure of FIGS. 3 and 4. FIG.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법은 a) 분자 오비탈의 세부 특성을 평가할 대상 분자를 선택한 후 하기 ⅰ) 내지 ⅴ) 단계의 방법에 의해 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계: ⅰ) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 대상 분자의 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 대상 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N 개의 블록, BL(1) 내지 BL(N)을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k 는 블록 번호로서 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 ⅴ) 상기 ⅱ)~ⅳ) 단계를 반복하여 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계; b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ}(ℓ은 블록 스펙트럼의 번호로서 1 내지 Nmul))을 각각 계산하고 임계 블록 영역의 임계 서열값인 R(ℓ)을 구하는 단계; 및 c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for evaluating the detailed characteristics of a molecular orbital using a partial block set of the present invention comprises the steps of: a) selecting a molecule to be evaluated for a specific property of a molecular orbital, and then selecting N mul (Ii) calculating the molecular orbital distribution of the target molecule using quantum mechanics, ii) calculating N blocks in a radial direction from the center of the molecule in the target molecule structure, BL 1) to BL (N), iii) calculating a molecular orbital ratio BX ( k ) ( k is a natural number of 1 to N as a block number) associated with each of the blocks, iv) Obtaining a block spectrum by sequentially rearranging the blocks on the basis of the size of the ratio BX ( k ), and v) repeating the steps ii) to iv) obtaining mul block spectra; b) a partial block set (subset {l} (where 1 is a number of a block spectrum as 1 to N mul ) indicating a threshold block region specified in advance for N mul block spectra of the target molecule, Obtaining a critical sequence value R (l); And c) it characterized in that it comprises a step of calculating a mean value and a standard deviation for the N mul of R (ℓ) computed for the N blocks mul spectrum.
본 발명자는 상기 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법을 "EnumMBS-R(Enumeration of Multiple Block Subsets-Real number"법이라고 명명하였다. 상기 EnumMBS-R (Enumeration of Multiple Block Subsets-Real number)법은 총 블록 개수를 변화시켜 블록 스펙트럼을 생성하고 이에 따른 임계 블록 영역 (Critical Block Area, CBA)을 나타내는 블록 스펙트럼의 부분 집합 (subsets)의 변화를 정량적으로 측정함으로써 분자 오비탈의 세부 특성을 평가하는 방법이다. 이하 EnumMBS-R법을 자세히 설명한다.
The present inventors evaluation methods detailed characteristics of the molecular orbital with the set of partial blocks were termed "EnumMBS-R (Enumeration of Multiple Block Subsets-Real number" method. The EnumMBS-R (Enum eration of M ultiple B lock S ubsets - R eal number) method generates a block spectrum by varying the total number of blocks and quantitatively measures changes in subsets of a block spectrum representing a critical block area (CBA) The detailed description of the EnumMBS-R method is given below.
본 발명은 a) 분자 오비탈의 세부 특성을 평가할 대상 분자를 선택한 후 하기 i) 내지 v) 단계의 방법에 의해 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계: i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 대상 분자의 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ⅱ) 상기 대상 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N 개의 블록, BL(1) 내지 BL(N)을 만드는 단계, ⅲ) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k 는 블록 번호로서 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계, ⅳ) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ⅱ)~ⅳ) 단계를 반복하여 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for quantifying a molecular orbital, comprising the steps of: a) obtaining a N mul block spectrum having a different total number of blocks by the method of steps i) to v), i) (1) to BL (N) in the radial direction from the center of the molecule in the subject molecular structure, iii) measuring the molecular orbital distribution of the target molecule, calculating the molecular orbital rate (BX (k)) (k is a natural number from 1 to N as the block number) associated with the blocks of the respective, ⅳ) above based on the size of the molecular orbital rate (BX (k)) Sequentially obtaining the block spectra by rearranging the blocks sequentially; and v) repeating the steps ii) to iv) to obtain N mul block spectrums having different total block numbers.
상기 a)단계는 본 발명자가 개발한 분자 오비탈 특성 해석 방법인 "AC2B(Assembly of Consecutive Building Block)"법을 이용하는 단계이다.The step a) is a step of using the "Assembly of Consecutive Building Block (AC2B)" method, which is a molecular orbital characteristic analysis method developed by the present inventor.
분자 오비탈은 분자 내에서의 전자의 파동적(wave-like) 거동을 나타내는 수학적인 모사로 정의할 수 있다. 분자 오비탈이 존재하는 영역은 양자역학 계산을 통해 구할 수 있으며, 상기 양자역학 계산 방법으로는 양자역학을 이용한 방법이라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 물질의 분자 구조에서 계산되는 각 지점에서의 오비탈 파동 함수(orbital wave function, ψ)의 제곱인 전자 밀도(ψ2)의 분포를 통하여 계산하는 것을 사용할 수 있고, 단일지점 에너지（single point energy） 계산 또는 기하학적 최적화（geometry optimization） 계산을 이용할 수도 있다. 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 DFT (Density Functional Theory) 에 근간을 둔 ACCELRYS 사에서 개발한 MATERIAL STUDIO의 DMol3를 이용하여 분자 오비탈을 계산하였고, 분자 오비탈 그림을 생성하기 위해 MATERIAL STUDIO 패키지의 VISUALIZER를 이용하였다.Molecular orbitals can be defined as mathematical simulations that show the wave-like behavior of electrons in a molecule. The region in which the molecular orbital exists can be obtained through quantum mechanical calculation. The quantum mechanical calculation method is not particularly limited as long as it is a quantum mechanical method, but preferably, The distribution of the electron density (ψ 2 ), which is the square of the function (orbital wave function, ψ), can be used and single point energy calculation or geometry optimization calculation can be used. Specifically, the inventors of the present invention calculated molecular orbital using DMOL3 of MATERIAL STUDIO developed by ACCELRYS, which is based on DFT (Density Functional Theory), and used a visualizer of MATERIAL STUDIO package to generate molecular orbital picture Respectively.
본 발명에서, 상기 대상 분자 구조는, 지정된 분자 전체 블록 개수(N)에 따라 분자 중심을 기준으로 생성된 N 개의 순차적인 블록의 조합으로 구성된다.In the present invention, the target molecule structure is composed of a combination of N sequential blocks generated based on the molecular center according to the designated total number of molecules (N).
이를 위해, 분자 중심(r=0.0)을 시작점으로 해서 방사방향(radial direction)으로 분자 전체를 포함하는 크기가 가장 큰 RDM(radially discrete mesh)을 계산하고 이때의 크기를 r=1.0으로 지정한다. 상기 RDM은 분자의 중심으로부터 출발해서 방사방향(radial direction)으로 분자 구조 내의 모든 구성 원자(atom)를 포함하는 메쉬(mesh)를 나타낸다. 상기 RDM에 의한 분자 구조 계산에 있어서, 분자 내 중심(xc, yc, zc)을 구하는 방법은 하기 수학식 1-1 내지 1-3과 같다.For this purpose, the RDM (radially discrete mesh) having the largest size including the entire molecule is calculated in the radial direction with the molecular center (r = 0.0) as a starting point, and the size at this time is designated as r = 1.0. The RDM represents a mesh starting from the center of the molecule and containing all the constituent atoms in the molecular structure in the radial direction. In the calculation of the molecular structure by RDM, the method for obtaining the intramolecular center (x c , y c , z c ) is as shown in the following formulas 1-1 to 1-3.
[수학식 1-1][Mathematical expression 1-1]
[수학식 1-2] [Equation 1-2]
[수학식 1-3][Equation (1-3)
상기 수학식 1-1 내지 1-3에서 NCoord는 분자를 구성하는 원자 좌표의 총 개수를 나타낸다. In Equations 1-1 through 1-3, N Coord represents the total number of atomic coordinates constituting the molecule.
블록의 총 개수 N 값은 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 3 내지 100의 범위를 갖는다. The total number N of blocks is not particularly limited, but is preferably in the range of 3 to 100.
상기와 같이 RDM에 의한 분자 구조 계산에 의해, 상기 대상 분자의 전체 분자 구조는 분자 중심으로부터의 거리를 기준으로 블록화될 수 있다.
By the calculation of the molecular structure by RDM as described above, the entire molecular structure of the target molecule can be blocked based on the distance from the center of the molecule.
상기 a)단계는 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k 는 블록 번호로서 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. The step a) may comprise calculating the molecular orbital ratio BX ( k ) ( k is a natural number from 1 to N as a block number) associated with each block.
상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))은 전체 분자 오비탈 중에서 k번째 블록에 연관되어 있는 분자 오비탈이 차지하고 있는 양을 의미한다. 상기 k는 블록의 번호이고 1 내지 N의 자연수이다. 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))은 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈(BMO(k))을 양자역학 계산을 통해 계산하고 이를 통해서 전체 분자 오비탈 합인 SUM을 계산한 다음, 전체 분자 오비탈 합에 대한 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈의 비율(BX(k))을 계산함으로써 구할 수 있다.
The molecular orbital ratio (BX ( k )) associated with each block refers to the amount of molecular orbital occupied by the kth block in the total molecular orbitals. K is the number of the block and is a natural number from 1 to N. The molecular orbitals ratio (BX ( k )) associated with each of the blocks is calculated by quantum mechanics calculation of the molecular orbitals (BMO ( k )) associated with each of the blocks, SUM is calculated as the total molecular orbital sum, (BX ( k )) of the molecular orbitals associated with each block for the total molecular orbital sum.
또한, 상기 a) 단계는 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록의 조합을 순차적으로 재배열하여 재배열된 블록 스펙트럼을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 상기 "재배열된 블록 스펙트럼"은 상기 a) 단계에서 얻은 순차적 블록의 조합(AC2B, Assembly of Consecutive Building Block)을 BX(k)를 기준으로 순차적으로 재배열하여 얻은 순차적 블록의 조합을 의미한다.
The step a) may include sequentially rearranging combinations of the blocks based on the magnitude of the molecular orbital ratio (BX ( k )) to obtain a rearranged block spectrum. The "rearranged block spectrum" means a combination of sequential blocks obtained by sequentially rearranging the assembly of consecutive building blocks (AC2B) obtained in step a) on the basis of BX ( k ).
상기 a)단계는 상기 ⅱ)~ⅳ) 단계를 반복하여 서로 다른 총 블록 개수(AN{ℓ})를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step a) includes repeating the steps ii) to iv) to obtain N mul block spectra having different total number of blocks (AN {ℓ}).
즉 상기 a)단계는 양자역학을 이용한 방법을 이용해 계산된 분자 오비탈에 대해 다양한 총 블록 개수(AN{ℓ})(ℓ은 블록 스펙트럼 번호로서 1 내지 Nmul의 자연수이다)를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 생성하는 단계이다. 상기 Nmul은 1보다 커야 하고 목적에 따라 임의로 지정해 사용할 수 있지만, 바람직하게는 3 내지 12이다. 총 블록 개수(AN{ℓ})도 1보다 큰 자연수라면 임의로 지정해 사용할 수 있지만, 여러 테스트를 통해서 가장 바람직한 범위는 5 내지 15인 것을 확인했다.
In other words, the a) step is different total number of blocks for a molecular orbital calculation using a method using a quantum mechanical (AN {ℓ}) (ℓ is N mul blocks with a natural number from 1 to N mul a block spectrum code) And generating a spectrum. The above N mul must be greater than 1 and can be arbitrarily set according to the purpose, but is preferably 3 to 12. [ If the total number of blocks (AN {l}) is a natural number larger than 1, it can be used arbitrarily. However, it has been confirmed through experiments that the most preferable range is 5 to 15.
본 발명은 b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역(Critical Block Area, CBA)을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ})(ℓ은 블록 스펙트럼 번호로서 1 내지 Nmul의 자연수이다)을 각각 계산하고 임계 블록 영역의 임계 서열값인 R(ℓ)을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The invention b) The target N mul blocks spectrum predefined threshold block area with respect to the molecule (Critical Block Area, CBA) for representing a partial block set (subset {ℓ}) (ℓ is from 1 to N mul a block spectrum code And calculating a critical sequence value R (l) of the critical block region.
상기 b)단계는 a)단계에서 생성된 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대해 누적 블록 밀도를 이용하여 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합인 서브셋(subset{ℓ})을 각각 계산하고 임계 블록 영역의 임계 서열값인 R(ℓ)을 구하는 단계이다. 상기 ℓ은 블록 스펙트럼 번호로서 1 내지 Nmul의 자연수이다.
In step b), a subset (l), which is a set of partial blocks representing a critical block area, is calculated by using cumulative block densities for N mul block spectra having different total number of blocks generated in step a) And obtaining a critical sequence value R (l) of the critical block region. Where l is a natural number of 1 to N mul as a block spectrum number.
상기 임계 블록 영역은 블록 스펙트럼의 전체 블록 집합 중에서 분자 오비탈 특성에 큰 영향을 주는 부분 블록 집합 영역으로 정의된다. The critical block region is defined as a partial block aggregation region that greatly affects molecular orbital characteristics in the entire block aggregate of the block spectrum.
상기 임계 블록 영역은 누적 블록 밀도를 사용해 정의된다. 상기 누적 블록 밀도는 블록 스펙트럼의 첫 번째 블록의 블록 밀도부터 누적된 블록 밀도 값을 나타내고, 상기 블록 밀도는 각 블록에 연관된 블록 오비탈 양을 나타낸다.The critical block area is defined using cumulative block density. The cumulative block density represents an accumulated block density value from the block density of the first block of the block spectrum, and the block density represents a block orbital amount associated with each block.
분자 오비탈의 평가 목적에 따라 상기 임계 블록 영역은 누적밀도 0~100%의 값 범위 내에서 다양하게 정의해서 사용할 수 있지만 본 발명의 바람직한 구체예에서는 누적 블록 밀도가 60 내지 70%인 영역, 바람직하게는 70%인 영역까지를 임계 블록 영역으로 지정해 부분 블록 집합의 변화를 측정했다.
According to the purpose of the molecular orbital evaluation, the critical block region can be variously defined within the value range of the cumulative density of 0 to 100%. In a preferred embodiment of the present invention, the region where the cumulative block density is 60 to 70% The change of the partial block set was measured by designating the area up to 70% as the critical block area.
본 발명은 c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The invention c) is characterized in that it comprises a step of calculating a mean value and a standard deviation for the N mul of R (ℓ) computed for the N blocks mul spectrum.
상기 c)단계는 b)단계에서 각각의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산해 부분 블록 집합의 거동을 정량적으로 측정해서 분자 오비탈의 세부 특성을 평가하는 단계이다.
In step c), an average value and a standard deviation of N mul R (ℓ) calculated for each block spectrum in step b) are calculated, and the behavior of the partial block set is quantitatively measured to evaluate the details of the molecular orbital .
도 1에 나타낸 바와 같이 총 블록 개수가 7개인 블록 스펙트럼 (ℓ=1)에서 첫 번째 블록에서부터 누적된 블록 밀도를 계산해 본 결과 5번째 블록 (빨간색으로 표시)까지가 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합인 subset{1}={1,2,3,4,5}이다(R(ℓ=1)=5). 또한 총 블록 개수가 5개인 블록 스펙트럼 (ℓ=2)에서 측정된 부분 블록 집합인 subset{2}={1,2,3,4}이기 때문에 R(ℓ=2)의 값은 4이다. As shown in FIG. 1, the block density accumulated from the first block in the block spectrum (l = 1) having a total number of blocks of 7 is calculated. As a result, the block blocks up to the fifth block (shown in red) = 1, 2, 3, 4, 5} (R (l = 1) = 5). The value of R (ℓ = 2) is 4 because subset {2} = {1,2,3,4}, which is a set of partial blocks measured in a block spectrum with a total block number of 5 (ℓ = 2)
부분 블록 집합인 subset{ℓ}의 대표 값인 R(ℓ)이 1.0에 가까운 값을 나타낼수록 대다수의 분자 오비탈이 블록 스펙트럼의 상위 블록에만 집중적으로 분포한다는 것을 나타낸다. 이는 분자 오비탈이 분자 구조 내의 특정 영역에만 분포한다는 것을 의미한다. As the representative value of subset {l}, which is a partial block set, R (l) shows a value close to 1.0, it indicates that most of the molecular orbitals are concentrated only in the upper block of the block spectrum. This means that the molecular orbital is distributed only in certain regions within the molecular structure.
이와는 다르게 R(ℓ)이 1.0보다 큰 값을 나타내면 분자 오비탈이 여러 개의 블록에 나누어서 골고루 분포하고 있다는 것을 나타낸다. 이는 분자 오비탈이 분자 구조 내에서 고르게 분포하여 넓은 영역에서 전자의 이동이 가능한 것을 의미한다.
If R (ℓ) is larger than 1.0, the molecular orbital is divided into several blocks and distributed uniformly. This means that the molecular orbital is evenly distributed in the molecular structure, allowing electrons to move in a wide region.
또한, 본 발명은 상기 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법을 이용하는 분자 오비탈의 세부 특성 평가 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a system for evaluating the detailed characteristics of a molecular orbital using a method for evaluating the detailed characteristics of a molecular orbital using the partial block set.
상기 분자 오비탈의 세부 특성 평가 시스템은, a) 분자 오비탈의 세부 특성을 평가할 대상 분자를 선택한 후 ⅰ) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 대상 분자의 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ⅱ) 상기 대상 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N 개의 블록, BL(1) 내지 BL(N)을 만드는 단계, ⅲ) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k 는 블록 번호로서 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계, ⅳ) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ⅱ)~ⅳ) 단계를 반복하여 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 블록화 모듈; b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ}(ℓ은 블록 스펙트럼의 번호로서 1 내지 Nmul))을 각각 계산하고 R(ℓ)을 구하여 데이터를 입력받는 제1 데이터 입력 모듈; 및 c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하여 데이터를 입력받는 제2 데이터 입력 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The system for evaluating the detailed characteristics of a molecular orbital comprises the steps of: a) selecting a molecule to be evaluated for the detailed characteristics of the molecular orbital, i) calculating a molecular orbital distribution of the molecule of interest using a quantum mechanical calculation method, ii) radial direction in the molecule center (radial direction) by N blocks, BL (1) to steps for creating a BL (N), ⅲ) molecular orbital rate (BX (k)) associated with the block in the respective (k is the block number (Iv) calculating a block spectrum by sequentially rearranging the blocks based on the size of the molecular orbitals ratio (BX ( k )), and v) Iv) repeating steps to obtain N mul block spectra having different total number of blocks; b) a partial block set (subset {l} (where 1 is a number of a block spectrum as 1 to N mul ) representing a threshold block region specified in advance for N mul block spectra of the target molecule, A first data input module for receiving data and obtaining data; And c) it characterized in that it includes a second data input receiving module to calculate the mean and standard deviation for the N mul of R (ℓ) computed for the N blocks mul spectrum input data.
상기 블록화 모듈에 있어서, 양자역학 계산법은 물질의 분자 구조에서 계산되는 각 지점에서의 오비탈 파동 함수(orbital wave function, ψ)의 제곱인 전자 밀도(ψ2)의 분포를 통하여 계산하는 것을 사용할 수 있고, 단일지점 에너지（single point energy） 계산 또는 기하학적 최적화（geometry optimization） 계산을 이용할 수도 있다.In the blocking module, the quantum mechanical calculation can be performed by calculating through the distribution of the electron density (? 2 ), which is the square of the orbital wave function (?) At each point calculated in the molecular structure of the material , Single point energy calculation, or geometry optimization calculation may be used.
상기 블록화 모듈에 있어서, 전체 분자 구조의 블록화 방법으로 RDM계산방법을 이용할 수 있다.In the blocking module, an RDM calculation method can be used as a method of blocking the entire molecular structure.
또한 상기 블록화 모듈에 있어서, 분자 오비탈 비율(BX(k))은 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈(BMO(k))을 계산하고 이를 통해서 전체 분자 오비탈 합인 SUM을 계산한 다음, 전체 분자 오비탈 합에 대한 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈의 비율(BX(k))을 계산함으로써 구할 수 있다.Also, in the blocking module, the molecular orbital ratio (BX ( k )) is calculated by calculating the molecular orbitals (BMO ( k )) associated with each of the blocks and calculating SUM, which is the total molecular orbital sum, (BX ( k )) of the molecular orbitals associated with each of the blocks.
본 발명에서 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
The term " module " in the present invention means a unit for processing a specific function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로서, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the embodiments of the present invention described below are illustrative only and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated in the claims, and moreover, includes all changes within the meaning and range of equivalency of the claims.
실시예Example
서로 다른 분자 오비탈을 갖는 NPB(N,N'-Di[(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-(biphenyl)-4,4'-diamine)에 대해 서로 다른 전자 상태에서 양자역학 방법으로 계산된 분자 오비탈 A, B에 대하여, Nmul=7 이고 총 블록 개수 (AN{ℓ})는 5부터 11개 사이의 값인 것을 조정조건(preset condition)으로 하여 본 발명의 EnumMBS-R법을 적용하였다. 그 결과 얻어진 분자 오비탈 세부 특성 평가 결과를 도 3에 나타냈다.(NPB) with different molecular orbitals, we have different electrons for NPB (N, N'-Di [(1-naphthyl) -N, N'-diphenyl] -1,1'- (biphenyl) -4,4'- ( Nmul = 7) and the total number of blocks (AN {l}) is a value between 5 and 11 for the molecular orbitals A and B calculated by the quantum mechanical method in the state of the present invention, Enum MBS-R method was applied. The result of the molecular orbital detailed property evaluation obtained as a result is shown in Fig.
도 3에서 보는 바와 같이 총 블록 개수가 11개인 경우 ℓ=1 인 블록 스펙트럼에서 임계블록영역에 따른 부분 블록 집합을 나타내는 R(1)은 4.6이었다(녹색으로 표시). 즉 전체 블록 중에서 1번째부터 4.6블록까지가 임계블록영역에 대한 부분 블록 집합이다. 또한 총 블록의 개수가 감소할수록 R(ℓ)값은 점점 1.0에 가까워진다. 계산된 전체 R(ℓ)의 평균값(표준편차)는 3.4(±0.9)이었다. As shown in FIG. 3, R (1) representing a partial block set according to the critical block region in the block spectrum with l = 1 when the total block number is 11 is 4.6 (indicated in green). That is, the first to 4.6 blocks of the entire blocks are partial block sets for the critical block region. Also, as the total number of blocks decreases, the value of R (ℓ) becomes closer to 1.0. The mean value (standard deviation) of the calculated total R (ℓ) was 3.4 (± 0.9).
이와 같은 결과를 통해 분자 오비탈이 블록 스펙트럼 상에서 상위 블록에 분자 오비탈이 상대적으로 많이 분포하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 분자 오비탈이 분자 구조 내의 특정 영역에 집중적으로 분포하고 있다는 것을 의미한다. These results show that the molecular orbitals are relatively distributed in the upper block in the block spectrum. This means that the molecular orbital is concentrated in a specific region within the molecular structure.
또 다른 분자 오비탈에 대해 상기한 조정조건(preset condition)을 이용해 EnumMBS-R법을 적용해 R(ℓ)을 계산하여 그 결과를 도 4에 나타냈다. 도 4에서 보는 바와 같이 블록 개수가 11개인 경우일 때 R(1)은 5.9로 1.0보다 매우 큰 값을 나타낸다. 또한 총 블록 개수가 감소해도 R(ℓ)값은 총 블록 개수에 비해 높은 값을 유지하는 것을 알 수 있다. 계산된 R(ℓ)의 평균값 (표준편차)는 4.7(±1.0)이었다.R (ℓ) was calculated by applying the Enum MBS-R method to another molecular orbital using the preset condition described above, and the result is shown in FIG. As shown in FIG. 4, when the number of blocks is 11, R (1) is 5.9, which is much larger than 1.0. Also, even if the total number of blocks is decreased, the value of R (ℓ) is higher than the total number of blocks. The mean value (standard deviation) of the calculated R (ℓ) was 4.7 (± 1.0).
이와 같은 결과를 통해 분자 오비탈이 블록 스펙트럼 상의 블록에서 고르게 분포하고 있다는 것을 알 수 있다. 이는 전자의 경우와는 다르게 분자 오비탈이 분자 구조 내에서 특정 영역에만 분포하지 않고 전반적으로 고르게 분포하고 있다는 것을 의미한다. These results show that the molecular orbital is uniformly distributed in blocks in the block spectrum. This means that, unlike the former case, the molecular orbital is distributed not only in a specific region within the molecular structure but also in an evenly distributed manner.
두 경우의 분자 오비탈을 MATERIAL STUDIO 패키지의 VISUALIZER를 이용하여 시각화하여 도 5에 나타냈다. 도 5를 통해 본 발명의 EnumMBS-R법에 따라 계산된 부분 블록 집합이 정확하게 분자 오비탈의 세부 특성을 평가한다는 것을 확인할 수 있다.The molecular orbital in both cases is visualized using the visualizer of the MATERIAL STUDIO package and is shown in FIG. It can be seen from FIG. 5 that the partial block set calculated according to the Enum MBS-R method of the present invention accurately evaluates the detailed characteristics of the molecular orbital.
Claims (12)
ⅰ) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 대상 분자의 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계,
ⅱ) 상기 대상 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N 개의 블록, BL(1) 내지 BL(N)을 만드는 단계,
ⅲ) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k 는 블록 번호로서 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계,
ⅳ) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및
ⅴ) 상기 ⅱ)~ⅳ) 단계를 반복하여 서로 다른 총 블록 개수를 가지는 Nmul개의 블록 스펙트럼을 얻는 단계;
b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ}(ℓ은 블록 스펙트럼의 번호로서 1 내지 Nmul))을 각각 계산하고 임계 블록 영역의 임계 서열값인 R(ℓ)을 구하는 단계; 및
c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 블록 집합을 이용한 분자 오비탈의 세부 특성 평가 방법.a) obtaining N mul block spectra having different total number of blocks by the method of the following steps i) to v) after selecting the molecule to be evaluated for the detailed characteristics of the molecular orbital:
I) calculating a molecular orbital distribution of the molecule of interest using a quantum mechanical calculation,
Ii) forming N blocks BL (1) to BL (N) in the radial direction from the center of the molecule in the subject molecular structure,
Iii) calculating a molecular orbital ratio (BX ( k )) ( k is a natural number of 1 to N as a block number) associated with each of said blocks,
Iv) sequentially rearranging the blocks based on the size of the molecular orbitals ratio (BX ( k )) to obtain a block spectrum, and
V) repeating the steps ii) to iv) to obtain N mul block spectrums having different total block numbers;
b) a partial block set (subset {l} (where 1 is a number of a block spectrum as 1 to N mul ) indicating a threshold block region specified in advance for N mul block spectra of the target molecule, Obtaining a critical sequence value R (l); And
c) Evaluation method The N mul blocks detailed characteristics of the molecular orbital with a subset block, characterized in that it comprises a step of calculating a mean value and a standard deviation for the N mul of R (ℓ) computed for the spectrum.
b) 상기 대상 분자의 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 미리 지정한 임계 블록 영역을 나타내는 부분 블록 집합(subset{ℓ}(ℓ은 블록 스펙트럼의 번호로서 1 내지 Nmul))을 각각 계산하고 R(ℓ)을 구하여 데이터를 입력받는 제1 데이터 입력 모듈; 및
c) 상기 Nmul개의 블록 스펙트럼에 대하여 계산된 Nmul개의 R(ℓ)에 대한 평균값과 표준편차를 계산하여 데이터를 입력받는 제2 데이터 입력 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 세부 특성 평가 시스템.comprising the steps of: a) selecting a molecule to be evaluated for a molecular orbital detail characteristic, i) calculating a molecular orbital distribution of the molecule of interest using a quantum mechanics calculation method, ii) calculating a radial direction in a molecular center in the target molecule structure, (I) calculating a molecular orbital ratio BX ( k ) ( k is a natural number of 1 to N as a block number) associated with each of the blocks; (Iv) sequentially rearranging the blocks based on the size of the molecular orbital ratio (BX ( k )) to obtain a block spectrum, and v) repeating the steps (ii) to (iv) A blocking module for obtaining N mul block spectra having a number of blocks;
b) a partial block set (subset {l} (where 1 is a number of a block spectrum as 1 to N mul ) representing a threshold block region specified in advance for N mul block spectra of the target molecule, A first data input module for receiving data and obtaining data; And
c) evaluation details characteristic of molecular orbital characterized in that it comprises the N mul blocks the second data input module to receive by calculating the mean value and standard deviation of the input data for the N mul of R (ℓ) computed for the spectral system.
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