2025/08/31 更新

写真a

ニシムラ　ヨシフミ
西村　好史
所属
理工学術院 理工学術院総合研究所
職名
次席研究員（研究院講師）
学位
博士（理学） ( 名古屋大学 )

経歴

  • 2018年04月
    -
    継続中

    東京理科大学   理学部第一部応用化学科   講師（非常勤）

  • 2018年04月
    -
    継続中

    早稲田大学   理工学術院総合研究所   次席研究員（研究院講師）

  • 2016年04月
    -
    2018年03月

    早稲田大学   理工学研究所   次席研究員

  • 2014年06月
    -
    2016年03月

    分子科学研究所   理論・計算分子科学研究領域   特任研究員

  • 2013年05月
    -
    2014年05月

    國立交通大學   應用化學系   博士後研究員

学歴

  • 2008年04月
    -
    2013年03月

    名古屋大学   大学院理学研究科   物質理学専攻  

  • 2004年04月
    -
    2008年03月

    名古屋大学   理学部   化学科  

委員歴

  • 2025年01月
    -
    継続中

    分子シミュレーション学会  学会誌"アンサンブル"編集委員

  • 2016年
    -
    　

    第19回理論化学討論会  実行委員

所属学協会

  • 　
    　
    　

    理論化学会

  • 　
    　
    　

    日本化学会

  • 　
    　
    　

    分子シミュレーション学会

  • 　
    　
    　

    分子科学会

研究分野

  • 基礎物理化学

研究キーワード

  • 理論化学

  • 量子化学

  • 計算化学

受賞

  • 優秀講演賞（学術）

    2017年03月   日本化学会  

    受賞者： 西村 好史

  • 総長顕彰（学修への取り組み）

    2008年03月   名古屋大学  

    受賞者： 西村 好史

 

論文

  • Enabling large-scale quantum path integral molecular dynamics simulations through the integration of Dcdftbmd and i-PI codes

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The Journal of Chemical Physics   158 ( 16 ) 164101 - 164101  2023年04月  [査読有り]

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    A large-scale quantum chemical calculation program, Dcdftbmd, was integrated with a Python-based advanced atomistic simulation program, i-PI. The implementation of a client–server model enabled hierarchical parallelization with respect to replicas and force evaluations. The established framework demonstrated that quantum path integral molecular dynamics simulations can be executed with high efficiency for systems consisting of a few tens of replicas and containing thousands of atoms. The application of the framework to bulk water systems, with and without an excess proton, demonstrated that nuclear quantum effects are significant for intra- and inter-molecular structural properties, including oxygen–hydrogen bond distance and radial distribution function around the hydrated excess proton.

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    1
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  • Species-selective nanoreactor molecular dynamics simulations based on linear-scaling tight-binding quantum chemical calculations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The Journal of Chemical Physics   158 ( 5 ) 054106 - 054106  2023年02月  [査読有り]

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    Here, extensions to quantum chemical nanoreactor molecular dynamics simulations for discovering complex reactive events are presented. The species-selective algorithm, where the nanoreactor effectively works for the selected desired reactants, was introduced to the original scheme. Moreover, for efficient simulations of large model systems with the modified approach, the divide-and-conquer linear-scaling density functional tight-binding method was exploited. Two illustrative applications of the polymerization of propylene and cyclopropane mixtures and the aggregation of sodium chloride from aqueous solutions indicate that species-selective quantum chemical nanoreactor molecular dynamics is a promising method to accelerate the sampling of multicomponent chemical processes proceeding under relatively mild conditions.

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    5
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  • Divide-and-Conquer Linear-Scaling Quantum Chemical Computations

    Hiromi Nakai, Masato Kobayashi, Takeshi Yoshikawa, Junji Seino, Yasuhiro Ikabata, Yoshifumi Nishimura

    The Journal of Physical Chemistry A   127 ( 3 ) 589 - 618  2023年01月  [査読有り]

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    21
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  • Quantum-Mechanical Molecular Dynamics Simulations on Secondary Proton Transfer in Bacteriorhodopsin Using Realistic Models

    Hiromi Nakai, Toshiaki Takemura, Junichi Ono, Yoshifumi Nishimura

    The Journal of Physical Chemistry B   125 ( 39 ) 10947 - 10963  2021年10月  [査読有り]

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    11
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  • Quantum Chemical Calculations for up to One Hundred Million Atoms Using Dcdftbmd Code on Supercomputer Fugaku

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Chemistry Letters   50 ( 8 ) 1546 - 1550  2021年08月  [査読有り]

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    8
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  • Is Oxygen Diffusion Faster in Bulk CeO2 or on a (111)-CeO2 Surface? A Theoretical Study

    Aditya Wibawa Sakti, Chien-Pin Chou, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Chemistry Letters   50 ( 4 ) 568 - 571  2021年04月  [査読有り]

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    4
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  • Density-Functional Tight-Binding Parameters for Bulk Zirconium: A Case Study for Repulsive Potentials

    Aulia Sukma Hutama, Chien-pin Chou, Yoshifumi Nishimura, Henryk A. Witek, Stephan Irle

    The Journal of Physical Chemistry A   125 ( 10 ) 2184 - 2196  2021年03月  [査読有り]

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    5
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  • Hydroxide Ion Carrier for Proton Pumps in Bacteriorhodopsin: Primary Proton Transfer

    Junichi Ono, Minori Imai, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   124 ( 39 ) 8524 - 8539  2020年10月  [査読有り]

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    17
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  • Hierarchical parallelization of divide‐and‐conquer density functional tight‐binding molecular dynamics and metadynamics simulations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Computational Chemistry   41 ( 19 ) 1759 - 1772  2020年07月  [査読有り]  [国際誌]

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    11
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  • Spin-flip approach within time-dependent density functional tight-binding method: Theory and applications

    Mayu Inamori, Takeshi Yoshikawa, Yasuhiro Ikabata, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Computational Chemistry   41 ( 16 ) 1538 - 1548  2020年03月  [査読有り]

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    14
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  • Large-Scale Molecular Dynamics Simulation for Ground and Excited States Based on Divide-and-Conquer Long-Range Corrected Density-Functional Tight-Binding Method

    Nana Komoto, Takeshi Yoshikawa, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Chemical Theory and Computation   16 ( 4 ) 2369 - 2378  2020年03月  [査読有り]  [国際誌]

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    23
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  • Confined water-mediated high proton conduction in hydrophobic channel of a synthetic nanotube

    Ken-ichi Otake, Kazuya Otsubo, Tokutaro Komatsu, Shun Dekura, Jared M. Taylor, Ryuichi Ikeda, Kunihisa Sugimoto, Akihiko Fujiwara, Chien-Pin Chou, Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai, Hiroshi Kitagawa

    Nature Communications   11 ( 1 ) 843  2020年02月  [査読有り]

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    148
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  • Recent advances in quantum‐mechanical molecular dynamics simulations of proton transfer mechanism in various water‐based environments

    Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science   10 ( 1 ) e1419  2020年01月  [査読有り]

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    17
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  • Cover Image, Volume 10, Issue 1

    Aditya W. Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    WIREs Computational Molecular Science   10 ( 1 )  2020年01月  [査読有り]

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  • GPU‐Accelerated Large‐Scale Excited‐State Simulation Based on Divide‐and‐Conquer Time‐Dependent Density‐Functional Tight‐Binding

    Takeshi Yoshikawa, Nana Komoto, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Computational Chemistry   40 ( 31 ) 2778 - 2786  2019年12月  [査読有り]

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    25
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  • Sodium‐ and Potassium‐Hydrate Melts Containing Asymmetric Imide Anions for High‐Voltage Aqueous Batteries

    Qifeng Zheng, Shota Miura, Kasumi Miyazaki, Seongjae Ko, Eriko Watanabe, Masaki Okoshi, Chien‐Pin Chou, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai, Takeshi Kamiya, Tsunetoshi Honda, Jun Akikusa, Yuki Yamada, Atsuo Yamada

    Angewandte Chemie   131 ( 40 ) 14340 - 14345  2019年10月  [査読有り]

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  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学（DC-DFTB-MD）法による表面反応シミュレーション：Pt(111)表面上のプロトン拡散

    中井 浩巳, 西村 好史, Aditya Wibawa Sakti, Tanabat Mudchimo, 周 建斌

    表面と真空   62 ( 8 ) 486 - 491  2019年08月  [査読有り]

    DOI

  • Sodium‐ and potassium‐hydrate melts containing asymmetric imide anions for high‐voltage aqueous batteries

    Qifeng Zheng, Shota Miura, Kasumi Miyazaki, Seongjae Ko, Eriko Watanabe, Masaki Okoshi, Chien-Pin Chou, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai, Takeshi Kamiya, Tsunetoshi Honda, Jun Akikusa, Yuki Yamada, Atsuo Yamada

    Angewandte Chemie International Edition   58 ( 40 ) 14202 - 14207  2019年07月  [査読有り]

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    98
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  • D cdftbmd : Divide‐and‐Conquer Density Functional Tight‐Binding Program for Huge‐System Quantum Mechanical Molecular Dynamics Simulations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Computational Chemistry   40 ( 15 ) 1538 - 1549  2019年06月  [査読有り]

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    59
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  • Development of Large-Scale Excited-State Calculations Based on the Divide-and-Conquer Time-Dependent Density Functional Tight-Binding Method

    Nana Komoto, Takeshi Yoshikawa, Junichi Ono, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Chemical Theory and Computation   15 ( 3 ) 1719 - 1727  2019年03月  [査読有り]

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    17
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  • Development of Divide-and-Conquer Density-Functional Tight-Binding Method for Theoretical Research on Li-Ion Battery

    Chien-Pin Chou, Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The Chemical Record   19 ( 4 ) 746 - 757  2018年11月  [査読有り]

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    15
    被引用数
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  • Density-Functional Tight-Binding Molecular Dynamics Simulations of Excess Proton Diffusion in Ice Ih, Ice Ic, Ice III, and Melted Ice VI Phases

    Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Chien-Pin Chou, Hiromi Nakai

    The Journal of Physical Chemistry A   122 ( 1 ) 33 - 40  2018年01月  [査読有り]

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    13
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  • Rigorous pKa Estimation of Amine Species Using Density-Functional Tight-Binding-Based Metadynamics Simulations

    Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Chemical Theory and Computation   14 ( 1 ) 351 - 356  2018年01月  [査読有り]

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    36
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  • Release of DCDFTBMD Program

    西村好史, 吉川武司, 中井浩巳

    Journal of Computer Chemistry, Japan   17 ( 5 ) A21 - A27  2018年  [査読有り]

  • Development of density-functional tight-binding repulsive potentials for bulk zirconia using particle swarm optimization algorithm

    Aulia S. Hutama, Yoshifumi Nishimura, Chien-Pin Chou, Stephan Irle

    AIP Conference Proceedings   1906 ( 1 ) 030015  2017年11月  [査読有り]

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    We report the preliminary results of the development of density-functional tight-binding (DFTB) repulsive potentials for the Zr - O element pair. The repulsive potentials were created using a computer code based on the particle swarm optimization. The potentials were tested on a set of systems for high temperature phases of bulk ZrO2, namely cubic and tetragonal. The potential sets were primarily developed for simulation of zirconia phase transitions at elevated temperatures.

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    3
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  • Errata: Divide-and-Conquer Density-Functional Tight-Binding Molecular Dynamics Study on the Formation of Carbamate Ions during CO2 Chemical Absorption in Aqueous Amine Solution

    Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiroshi Sato, Hiromi Nakai

    Bulletin of the Chemical Society of Japan   91 ( 2 ) 318 - 318  2017年11月  [査読有り]

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  • Divide-and-Conquer Density-Functional Tight-Binding Molecular Dynamics Study on the Formation of Carbamate Ions during CO2 Chemical Absorption in Aqueous Amine Solution

    Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiroshi Sato, Hiromi Nakai

    BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN   90 ( 11 ) 1230 - 1235  2017年11月  [査読有り]

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    Divide-and-conquer-type density-functional tight-binding molecular dynamics simulations of the CO2 absorption process in monoethanolamine (MEA) solution have been performed for systems containing thousands of atoms. The formation of carbamate anions has been widely investigated for neutral systems via ab initio molecular dynamics simulations, yet the present study is aimed at identifying the role of hydroxide ions in acid-base equilibrium. The structural and electronic analyses reveal that the hydroxide ion approaches, via Grotthuss-type shuttling, the zwitterionic intermediates and abstracts a proton from the nitrogen atom of MEA. We also estimated the fraction of reacted CO2 and carbamate formed at different initial CO2 concentrations that confirm a high absorbed CO2 concentration decreases the fraction of MEA(C) formed due to the abundance of MEA(Z) in the solution.

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    29
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  • Quantum Chemical Estimation of Acetone Physisorption on Graphene Using Combined Basis Set and Size Extrapolation Schemes

    Yoshifumi Nishimura, Takao Tsuneda, Takeshi Sato, Michio Katouda, Stephan Irle

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C   121 ( 16 ) 8999 - 9010  2017年04月  [査読有り]

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    The physisorption of an acetone molecule oil hexagonal graphene nanoflakes with increasing size has been investigated using a variety of quantum chemical methods capable of describing weak intermolecular interactions coupled-cluster theory (CCSD and CCSD(T)), second-order Moller-Plesset perturbation theory with and without spin-component scaling (SCS-MP2 or standard MP2), long-range corrected density functional theory combined with a van der Waals functional (LC-BOP+ALL), meta-generalized gradient approximation functionals (M06-2X and M05-2X), and the dispersion augmented self-consistent-charge density functional tight-binding (SCC-DFTB-D) method. Our benchmark results for model systems as large as. dicircumcoronene C96H24 have confirmed the suitability of the SCS-MP2 method for this specific system and the satisfactory performance of the computationally much more economical semiempirical SCC-DFTB-D method. The latter delivers a qualitatively accurate description of physisorption for flakes Containing more than 800 carbon atoms. We predict accurate interaction energies of acetone with an infinitely large, defect-free graphene monolayer by combining extrapolation approaches for both increasing ab initio basis sets and graphene flake size in a two-dimensional extrapolation scheme:

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    6
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  • Divide-and-Conquer-Type Density-Functional Tight-Binding Simulations of Hydroxide Ion Diffusion in Bulk Water

    Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   121 ( 6 ) 1362 - 1371  2017年02月  [査読有り]

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    The diffusion of the hydroxide ion in bulk water was examined by linear-scaling divide-and-conquer density functional tight-binding molecular dynamics (DC-DFTB-MD) simulations using three different-sized unit cells that contained 522, 1050, and 4999 water molecules as well as one hydroxide ion. The repulsive potential for the oxygen-oxygen pair was improved by iterative Boltzmann inversion, which adjusted the radial distribution function of DFTB-MD simulations to that of the reference density functional theory-MD one. The calculated diffusion coefficients and the Arrhenius diffusion barrier were in good agreement with experimental results. The results of the hydroxide ion coordination number distribution and potential of mean force analyses supported a dynamical hypercoordination diffusion mechanism.

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    36
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    (Scopus)

  • Parallel implementation of efficient charge–charge interaction evaluation scheme in periodic divide-and-conquer density-functional tight-binding calculations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Journal of Computational Chemistry   39 ( 2 ) 105 - 116  2017年01月  [査読有り]

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    26
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  • Three pillars for achieving quantum mechanical molecular dynamics simulations of huge systems: Divide-and-conquer, density-functional tight-binding, and massively parallel computation

    Hiroaki Nishizawa, Yoshifumi Nishimura, Masato Kobayashi, Stephan Irle, Hiromi Nakai

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL CHEMISTRY   37 ( 21 ) 1983 - 1992  2016年08月  [査読有り]

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    The linear-scaling divide-and-conquer (DC) quantum chemical methodology is applied to the density-functional tight-binding (DFTB) theory to develop a massively parallel program that achieves on-the-fly molecular reaction dynamics simulations of huge systems from scratch. The functions to perform large scale geometry optimization and molecular dynamics with DC-DFTB potential energy surface are implemented to the program called DC-DFTB-K. A novel interpolation-based algorithm is developed for parallelizing the determination of the Fermi level in the DC method. The performance of the DC-DFTB-K program is assessed using a laboratory computer and the K computer. Numerical tests show the high efficiency of the DC-DFTB-K program, a single-point energy gradient calculation of a one-million-atom system is completed within 60 s using 7290 nodes of the K computer. (c) 2016 Wiley Periodicals, Inc.

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    84
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  • Infrared absorption spectrum of the simplest deuterated Criegee intermediate CD2OO

    Yu-Hsuan Huang, Yoshifumi Nishimura, Henryk A. Witek, Yuan-Pern Lee

    JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS   145 ( 4 ) 044305  2016年07月  [査読有り]

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    We report a transient infrared (IR) absorption spectrum of the simplest deuterated Criegee intermediate CD2OO recorded using a step-scan Fourier-transform spectrometer coupled with a multipass absorption cell. CD2OO was produced from photolysis of flowing mixtures of CD2I2, N-2, and O-2 (13 or 87 Torr) with laser light at 308 nm. The recorded spectrum shows close structural similarity with the spectrum of CH2OO reported previously [Y.-T. Su et al., Science 340, 174 (2013)]. The four bands observed at 852, 1017, 1054, and 1318 cm(-1) are assigned to the OO stretching mode, two distinct in-plane OCD bending modes, and the CO stretching mode of CD2OO, respectively, according to vibrational wavenumbers, IR intensities, rotational contours, and deuterium-isotopic shifts predicted with extensive quantum-chemical calculations. The CO-stretching mode of CD2OO at 1318 cm(-1) is blue shifted from the corresponding band of CH2OO at 1286 cm(-1); this can be explained by a mechanism based on mode mixing and isotope substitution. A band near 936 cm(-1), observed only at higher pressure (87 Torr), is tentatively assigned to the CD2 wagging mode of CD2IOO. Published by AIP Publishing.

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    6
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  • Contrasting mechanisms for CO2 absorption and regeneration processes in aqueous amine solutions: Insights from density-functional tight-binding molecular dynamics simulations

    Hiromi Nakai, Yoshifumi Nishimura, Takeaki Kaiho, Takahito Kubota, Hiroshi Sato

    CHEMICAL PHYSICS LETTERS   647   127 - 131  2016年03月  [査読有り]

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    CO2 chemical absorption and regeneration processes in aqueous amine solutions were investigated using density-functional tight-binding molecular dynamics simulations. Extensive analyses of the structural, electronic, and dynamical properties of 100 independent trajectories supported the contrasting mechanisms in the absorption and regeneration processes. In the CO2 absorption process, bicarbonate formed where the hydroxyl anion migrated through the hydrogen-bond network of water molecules, namely, by a Grotthuss-type mechanism. On the other hand, direct proton transfer from the protonated amine to the hydroxyl group of bicarbonate, which is called the ion-pair mechanism, was the key step to the release of CO2. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

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    36
    被引用数
    (Scopus)

  • Divide-and-Conquer-Type Density-Functional Tight-Binding Molecular Dynamics Simulations of Proton Diffusion in a Bulk Water System

    Hiromi Nakai, Aditya Wibawa Sakti, Yoshifumi Nishimura

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B   120 ( 1 ) 217 - 221  2016年01月  [査読有り]

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    The process of proton diffusion in liquid water was investigated using molecular dynamics (MD) simulations, and the total energy and atomic forces were evaluated by the divide-and-conquer-type density-functional tight-binding (DC-DFTB) method. The effectiveness of this approach was confirmed by comparing the computational time of water clusters with conventional treatments. The unit cell employed herein, which contained 523 water molecules and 1 excess proton, was moderately large in comparison with those used in previous studies. The reasonable accuracy obtained by using this unit cell was confirmed by examining the temperature fluctuation. The diffusion coefficients for the vehicular and Grotthuss processes were accurately reproduced by the DC-DFTB-MD simulations with the unit cell containing 523 water molecules. Furthermore, the energy barriers were evaluated from the temperature dependence of the diffusion coefficient for each process. The calculated barrier for Grotthuss diffusion was in good agreement with the experimental value.

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    48
    被引用数
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  • Automatized Parameterization of DFTB Using Particle Swarm Optimization

    Chien-Pin Chou, Yoshifumi Nishimura, Chin-Chai Fan, Grzegorz Mazur, Stephan Irle, Henryk A. Witek

    JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION   12 ( 1 ) 53 - 64  2016年01月  [査読有り]

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    We present a novel density-functional tight-binding (DFTB) parametrization toolkit developed to optimize the parameters of various DFTB models in a fully automatized fashion. The main features of the algorithm, based on the particle swarm optimization technique, are discussed, and a number of initial pilot applications of the developed methodology to molecular and solid systems are presented.

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    57
    被引用数
    (Scopus)

  • Automatized Parameterization of the Density-functional Tight-binding Method. II. Two-center Integrals

    Henryk A. Witek, Chien-Pin Chou, Grzegorz Mazur, Yoshifumi Nishimura, Stephan Irle, Balint Aradi, Thomas Frauenheim, Keiji Morokuma

    JOURNAL OF THE CHINESE CHEMICAL SOCIETY   63 ( 1 ) 57 - 68  2016年01月  [査読有り]

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    We present an efficient numerical integration scheme (TWOCENT) to be used in the context of automatized parameterization of the density-functional tight-binding (DFTB) method. The accuracy of the integration process is assessed and its range of applicability is discussed. The functionality of the developed code is tested by reproducing the electronic portion of the existing mio parameter sets and by reproducing a series of reference DFT band structures of elemental solids.

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    16
    被引用数
    (Scopus)

  • Infrared identification of the Criegee intermediates syn- and anti-CH3CHOO, and their distinct conformation-dependent reactivity

    Hui-Yu Lin, Yu-Hsuan Huang, Xiaohong Wang, Joel M. Bowman, Yoshifumi Nishimura, Henryk A. Witek, Yuan-Pern Lee

    NATURE COMMUNICATIONS   6   7012  2015年05月  [査読有り]

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    The Criegee intermediates are carbonyl oxides that play critical roles in ozonolysis of alkenes in the atmosphere. So far, the mid-infrared spectrum of only the simplest Criegee intermediate CH2OO has been reported. Methyl substitution of CH2OO produces two conformers of CH3CHOO and consequently complicates the infrared spectrum. Here we report the transient infrared spectrum of syn- and anti-CH3CHOO, produced from CH3CHI + O-2 in a flow reactor, using a step-scan Fourier-transform spectrometer. Guided and supported by high-level full-dimensional quantum calculations, rotational contours of the four observed bands are simulated successfully and provide definitive identification of both conformers. Furthermore, anti-CH3CHOO shows a reactivity greater than syn-CH3CHOO towards NO/NO2; at the later period of reaction, the spectrum can be simulated with only syn-CH3CHOO. Without NO/NO2, anti-CH3CHOO also decays much faster than syn-CH3CHOO. The direct infrared detection of syn-and anti-CH3CHOO should prove useful for field measurements and laboratory investigations of the Criegee mechanism.

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    85
    被引用数
    (Scopus)

  • Mechanism of Back Electron Transfer in an Intermolecular Photoinduced Electron Transfer Reaction: Solvent as a Charge Mediator

    Sudhakar Narra, Yoshifumi Nishimura, Henryk A. Witek, Shinsuke Shigeto

    CHEMPHYSCHEM   15 ( 14 ) 2945 - 2950  2014年10月  [査読有り]

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    Back electron transfer (BET) is one of the important processes that govern the decay of generated ion pairs in intermolecular photoinduced electron transfer reactions. Unfortunately, a detailed mechanism of BET reactions remains largely unknown in spite of their importance for the development of molecular photovoltaic structures. Here, we examine the BET reaction of pyrene (Py) and 1,4-dicyanobenzene (DCB) in acetonitrile (ACN) by using time-resolved near-and mid-IR spectroscopy. The Py dimer radical cation (Py-2(center dot+)) and DCB radical anion (DCB center dot-) generated after photoexcitation of Py show asynchronous decay kinetics. To account for this observation, we propose a reaction mechanism that involves electron transfer from DCB center dot- to the solvent and charge recombination between the resulting ACN dimer anion and Py-2(center dot+). The unique role of ACN as a charge mediator revealed herein could have implications for strategies that retard charge recombination in dye-sensitized solar cells.

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  • Critical interpretation of CH– and OH– stretching regions for infrared spectra of methanol clusters (CH3OH)n (n = 2–5) using self-consistent-charge density functional tight-binging molecular dynamics simulations

    Yoshifumi Nishimura, Yuan-Pern Lee, Stephan Irle, Henryk A. Witek

    The Journal of Chemical Physics   141 ( 9 ) 094303  2014年09月  [査読有り]

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  • Theoretical study of cellobiose hydrolysis to glucose in ionic liquids

    Yoshifumi Nishimura, Daisuke Yokogawa, Stephan Irle

    CHEMICAL PHYSICS LETTERS   603   7 - 12  2014年05月  [査読有り]

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    The S(N)1-type hydrolysis reaction of cellobiose in ionic liquids (ILs) was theoretically investigated. First principles and ab initio quantum chemical methods were used in conjunction with the 'reference interaction site model self-consistent field with spatial electron density distribution' (RISM-SCF-SEDD) method. Reaction mechanism pathways are discussed and compared to calculations in gas phase and in aqueous solution. Analysis of solvation effects indicates strong interaction between hydrogen atoms of glucose hydroxyl groups and the anions in ILs, contributing to large stabilization of the reaction product. The calculated activation energy in ILs (24.5 kcal/mol) agrees quantitatively with the experimental value (26.5 kcal/mol). (C) 2014 Elsevier B. V. All rights reserved.

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  • Growth of carbon nanotubes via twisted graphene nanoribbons

    Hong En Lim, Yasumitsu Miyata, Ryo Kitaura, Yoshifumi Nishimura, Yoshio Nishimoto, Stephan Irle, Jamie H. Warner, Hiromichi Kataura, Hisanori Shinohara

    NATURE COMMUNICATIONS   4   2548  2013年10月  [査読有り]

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    Carbon nanotubes have long been described as rolled-up graphene sheets. It is only fairly recently observed that longitudinal cleavage of carbon nanotubes, using chemical, catalytical and electrical approaches, unzips them into thin graphene strips of various widths, the so-called graphene nanoribbons. In contrast, rolling up these flimsy ribbons into tubes in a real experiment has not been possible. Theoretical studies conducted by Kit et al. recently demonstrated the tube formation through twisting of graphene nanoribbon, an idea very different from the rolling-up postulation. Here we report the first experimental evidence of a thermally induced self-intertwining of graphene nanoribbons for the preferential synthesis of (7, 2) and (8, 1) tubes within parent-tube templates. Through the tailoring of ribbon's width and edge, the present finding adds a radically new aspect to the understanding of carbon nanotube formation, shedding much light on not only the future chirality tuning, but also contemporary nanomaterials engineering.

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  • Stochastic search of molecular cluster interaction energy surfaces with coupled cluster quality prediction. The phenylacetylene dimer

    Matthew A. Addicoat, Yoshifumi Nishimura, Takeshi Sato, Takao Tsuneda, Stephan Irle

    Journal of Chemical Theory and Computation   9 ( 8 ) 3848 - 3854  2013年08月  [査読有り]

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    We report a stochastic search methodology on the basis of dispersion-augmented density functional theory (DFT), aimed at finding low energy isomers of the phenylacetylene dimer as well as methane and benzene dimers. Stochastic search of the molecular cluster interaction energy surfaces was carried out with the computationally inexpensive dispersion-augmented, third-order self-consistent charge density functional tight-binding (DFTB3-D) method, and energetically low-lying molecular cluster geometries were identified, including several that had previously been optimized at the MP2/cc-pVTZ level of theory and had single point interaction energies evaluated at the coupled-cluster singles, doubles, and perturbative triples (CCSD(T)) level of theory in the complete basis set limit (Maity, S. et al. Phys. Chem. Chem. Phys 2011, 13, 16706). In addition, the search procedure identifies several additional low-energy isomers that map a reaction path, rotating one monomer through a full 360 relative to the first. We found that binding energies from long-range corrected functional combined with the local response dispersion correction (LC-BOP+LRD) yields binding energies that are within 1 kJ mol-1 of the CCSD(T)/CBS results for both π-stacked and CH···π structures. In contrast, other functionals and second-order Møller-Plesset perturbation methods favored one binding motif or the other and therefore are not ideal to describe a global potential energy surface. © 2013 American Chemical Society.

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  • Dimerization-Initiated Preferential Formation of Coronene-Based Graphene Nanoribbons in Carbon Nanotubes

    Miho Fujihara, Yasumitsu Miyata, Ryo Kitaura, Yoshifumi Nishimura, Cristopher Camacho, Stephan Irle, Yoko Iizumi, Toshiya Okazaki, Hisanori Shinohara

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C   116 ( 28 ) 15141 - 15145  2012年07月  [査読有り]

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    We have investigated the growth mechanism of coronene-derived graphene nanoribbons (GNRs) using two different precursors: coronene and a dimer form of coronene, so-called dicoronylene (C48H20). For both of the precursors, the formation of nanoribbon-like materials inside carbon nanotubes (CNTs) was confirmed by transmission electron microscope observations. Experimental and theoretical Raman analysis reveals that the samples also encapsulated dicoronylene and linearly condensed other coronene oligomers, which can be regarded as analogues to GNRs. Interestingly, it was found that the present doping condition of coronene yields dicoronylene prior to encapsulation due to the thermal dimerization of coronene. These results indicate that the dimerization before the encapsulation drives the preferential formation of the coronene-based GNRs within CNTs.

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    84
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  • Relative Isomer Abundance of Fullerenes and Carbon Nanotubes Correlates with Kinetic Stability (vol 107, 175506, 2011)

    A. S. Fedorov, D. A. Fedorov, A. A. Kuzubov, P. V. Avramov, Y. Nishimura, S. Irle, Henryk A. Witek

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   108 ( 24 ) 249902  2012年06月  [査読有り]

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    1
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  • Relative Isomer Abundance of Fullerenes and Carbon Nanotubes Correlates with Kinetic Stability

    A. S. Fedorov, D. A. Fedorov, A. A. Kuzubov, P. V. Avramov, Y. Nishimura, S. Irle, Henryk A. Witek

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   107 ( 17 ) 175506  2011年10月  [査読有り]

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    A methodology to evaluate the kinetic stability of carbon nanostructures is presented based on the assumption of the independent and random nature of thermal vibrations. The kinetic stability is directly correlated to the cleavage probability for the weakest bond of a given nanostructure. The application of the presented method to fullerenes and carbon nanotubes yields clear correlation to their experimentally observed relative isomer abundances. The general and simple formulation of the method ensures its applicability to other nanostructures for which formation is controlled by kinetic factors.

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    24
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  • Dramatic Reduction of IR Vibrational Cross Sections of Molecules Encapsulated in Carbon Nanotubes

    Dmitry V. Kazachkin, Yoshifumi Nishimura, Henryk A. Witek, Stephan Irle, Eric Borguet

    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   133 ( 21 ) 8191 - 8198  2011年06月  [査読有り]

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    Combined temperature-programmed desorption and IR studies suggest that absorption cross sections of IR-active vibrations of molecules "strongly" bound to single-wall sidewalls as the origin of such "screening". The observed and identify dielectric screening by highly polarizable SWCNT endohedrally encapsulated molecules are dramatically reduced, carbon nanotubes (SWCNTs) are reduced at least by a factor of 10. Quantum chemical simulations show that IR intensities of intensity reduction originates from a sizable cancellation of adsorbate dipole moments by mirror charges dynamically induced on the nanotube sidewalls. For exohedrally adsorbed molecules, the dielectric screening is found to be orientation-dependent with a smaller magnitude for adsorption in groove and interstitial sites. The presented results clearly demonstrate and quantify the screening effect of SWCNTs and unequivocally show that IR spectroscopy cannot be applied in a straightforward manner to the study of peapod systems.

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    34
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  • Temperature and pressure dependence of molecular adsorption on single wall carbon nanotubes and the existence of an “adsorption/desorption pressure gap”

    Dmitry V. Kazachkin, Yoshifumi Nishimura, Stephan Irle, Xue Feng, Radisav Vidic, Eric Borguet

    Carbon   48 ( 7 ) 1867 - 1875  2010年06月  [査読有り]

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    20
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  • Interaction of acetone with single wall carbon nanotubes at cryogenic temperatures: A combined temperature programmed desorption and theoretical study

    Dmitry Kazachkin, Yoshifumi Nishimura, Stephan Irle, Keiji Morokuma, Radisav D. Vidic, Eric Borguet

    LANGMUIR   24 ( 15 ) 7848 - 7856  2008年08月  [査読有り]

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    The interaction of acetone with single wall carbon nanotubes (SWCNTs) at low temperatures was studied by a combination of temperature programmed desorption (TPD) and dispersion-augmented density-functional-based tight binding (DFTB-D) theoretical simulations. On the basis of the results of the TPD study and theoretical simulations, the desorption peaks of acetone can be assigned to the following adsorption sites: (i) sites with energy of similar to 75 kJ mol(-1) (T-des similar to 300 K)-endohedral sites of small diameter nanotubes (similar to 7.7 angstrom); (ii) sites with energy 40-68 kJ mol(-1) (T-des similar to 240 K)-acetone adsorption on accessible interstitial, groove sites, and endohedral sites of larger nanotubes (similar to 14 angstrom); (iii) sites with energy 25-42 kJ mol(-1) (T-des similar to 140 K)-acetone adsorption on external walls of SWCNTs and multilayer adsorption. Oxidatively purified SWCNTs have limited access to endohedral sites due to the presence of oxygen functionalities. Oxygen functionalities can be removed by annealing to elevated temperature (900 K) opening access to endohedral sites of nanotubes. Nonpurified, as-received SWCNTs are characterized by limited access for acetone to endohedral sites even after annealing to elevated temperatures (900 K). Annealing of both purified and as-produced SWCNTs to high temperatures (1400 K) leads to reduction of access for acetone molecules to endohedral sites of small nanotubes, probably due to defect self-healing and cap formation at the ends of SWCNTs. No chemical interaction between acetone and SWCNTs was detected for low temperature adsorption experiments. Theoretical simulations of acetone adsorption on finite pristine SWCNTs of different diameters suggest a clear relationship of the adsorption energy with tube sidewall curvature. Adsorption of acetone is due to dispersion forces, with its C-O bond either parallel to the surface or 0 pointing away from it. No significant charge transfer or polarization was found. Carbon black was used to model amorphous carbonaceous impurities present in as-produced SWCNTs. Desorption of acetone from carbon black revealed two peaks at similar to 140 and similar to 180-230 K, similar to two acetone desorption peaks from SWCNTs. The characteristic feature of acetone desorption from SWCNTs was peak at similar to 300 K that was not observed for carbon black. Care should be taken when assigning TPD peaks for molecules desorbing front carbon nanotubes as amorphous carbon can interfere.

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    31
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講演・口頭発表等

  • 化学反応を促進するゆらぎを取り込んだ分子動力学法の開発

    束村晴, 西村好史, 中井浩巳

    第27回理論化学討論会  

    発表年月： 2025年07月

  • 線形スケーリング近似量子化学的手法による大規模生体・凝縮系の反応分子動力学シミュレーション

    西村 好史, 中井 浩巳  [招待有り]

    第25回日本蛋白質科学会年会  

    発表年月： 2025年06月

  • ナノリアクター分子動力学法とJarzynski等式を用いた自由エネルギー計算手法の開発

    束村晴, 西村好史, 中井浩巳

    日本化学会第105春季年会  

    発表年月： 2025年03月

  • 活性点の原子ダイナミクス解明にむけた大規模量子分子動力学計算手法の開拓

    西村好史

    日本化学会秋季事業第14回CSJ化学フェスタ2024  

    発表年月： 2024年10月

  • ナノリアクター分子動力学法における自由エネルギー計算に向けた熱力学的解析

    束村晴, 西村好史, 中井浩巳

    第18回分子科学討論会  

    発表年月： 2024年09月

  • 量子化学計算の全エネルギー原子分割を用いた加速分子動力学法の検証

    西村好史, 中井浩巳

    第18回分子科学討論会  

    発表年月： 2024年09月

  • ナノリアクター分子動力学法の熱力学に関する理論的考察

    中井浩巳, 西村好史

    日本コンピュータ化学会2024年春季年会  

    発表年月： 2024年06月

  • ゼオライトにおける金属サブナノ粒子の動態予測に向けた量子分子動力学計算の適用

    西村好史, 織田晃, 中井浩巳

    第37回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2023年12月

  • Species-selective Quantum Chemical Nanoreactor: Accelerated Sampling of Complex Chemical Processes

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The 6th Internation Conference on Molecular Simulation (ICMS 2023)  

    発表年月： 2023年10月

  • Extension and acceleration of nanoreactor molecular dynamics based on species-selective algorithm and linear-scaling tight-binding quantum chemical computations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The 5th conference of Theory and Applications of Computational Chemistry (TACC2023)  

    発表年月： 2023年09月

  • Proton conduction mechanism in water channels of ATP synthase studied by molecular dynamics simulation

    Yukinari Kamiyama, Dan Parkin, Junichi Ono, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai, Mitsumori Takano

    34th IUPAP Conference on Computational Physics (CCP2023)  

    発表年月： 2023年08月

  • Fo回転分子モーターにおけるプロトン移動機構

    神山幸成, パーキン暖, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳, 高野光則

    第23回日本蛋白質科学会  

    発表年月： 2023年07月

  • 光活性イエロータンパク質の光反応サイクルにおけるtrans-cis光異性化過程の量子的分子動力学シミュレーション解析

    石田賢亮, 西村好史, 中井浩巳

    日本コンピュータ化学会2023年春季年会  

    発表年月： 2023年06月

  • Species-selective nanoreactor molecular dynamics simulations based on linear-scaling tight-binding quantum chemical calculations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Asia Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APATCC-10)  

    発表年月： 2023年02月

  • Recent updates of DCDFTBMD program: Theory, implementation, and applications

    Hiromi Nakai, Yoshifumi Nishimura  [招待有り]

    Asia Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APATCC-10)  

    発表年月： 2023年02月

  • 量子的分子動力学計算プログラムDCDFTBMDの開発状況と最近の応用事例

    西村 好史  [招待有り]

    スーパーコンピュータワークショップ2022「 複雑電子状態の理論・計算科学」  

    発表年月： 2023年01月

  • 光活性イエロータンパク質の光異性化過程に対する量子的分子動力学シミュレーション

    石田賢亮, 西村好史, 吉川武司, 中井浩巳

    第36回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2022年12月

  • DCDFTBMDと分子シミュレーションプログラムの接続：大規模量子的経路積分分子動力学計算への展開

    西村好史, 中井浩巳

    第36回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2022年12月

  • Recently added features in DCDFTBMD program

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai  [招待有り]

    New Horizons in Scientific Software: THE NEW COLLABORATIVE PLATFORM GOES LIFE (NHISS2022)  

    発表年月： 2022年12月

  • 複雑反応過程のための選択的量子ナノ反応器分子動力学法の実装と応用

    西村好史, 中井浩巳

    第16回分子科学討論会  

    発表年月： 2022年09月

  • Fo回転分子モーターにおけるプロトン伝導機構解明に向けた量子的分子動力学計算の適用

    広本拓麻, パーキン暖, 神山幸成, 大貫隼, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳, 高野光則

    日本物理学会第77回年次大会  

    発表年月： 2022年03月

  • Recent developments in divide-and-conquer density functional tight-binding method

    Yoshifumi Nishimura, Takeshi Yoshikawa, Hiromi Nakai  [招待有り]

    The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies  

    発表年月： 2021年12月

  • DCDFTBMDプログラムによる励起状態ダイナミクス研究への展開

    中井浩巳, 西村好史, 吉川武司, 浦谷浩輝, 五十幡康弘, 河本奈々, 稲森真由

    第23回理論化学討論会  

    発表年月： 2021年05月

  • 富岳での大規模計算に向けた量子分子動力学シミュレーションプログラムDCDFTBMDの高度化

    西村好史, 中井浩巳

    第23回理論化学討論会  

    発表年月： 2021年05月

  • 石炭の熱分解過程に対するDC-DFTB-MDシミュレーション

    中村崇玖, 西村好史, 中井浩巳

    日本化学会第101春季年会  

    発表年月： 2021年03月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛メタダイナミクス計算の高効率化とバクテリオロドプシンのプロトン輸送への応用

    小野純一, 竹村俊晃, 西村好史, 中井浩巳

    第34回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2020年12月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学・メタダイナミクス計算の階層的並列化

    西村好史, 中井浩巳

    第34回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2020年12月

  • DCDFTBMD: Divide-and-conquer density functional tight-binding program for huge-system quantum mechanical molecular dynamics simulations

    Hiromi Nakai, Yoshifumi Nishimura  [招待有り]

    New Horizons in Scientific Software: from Legacy Codes to Modular Environments (NHISS2020)  

    発表年月： 2020年11月

  • バクテリオロドプシンの分子動画に基づく全量子分子動力学シミュレーションを用いたプロトン放出機構の解明

    竹村俊晃, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳

    日本化学会秋季事業第10回CSJ化学フェスタ2020  

    発表年月： 2020年10月

  • 分子動画に基づく全量子分子動力学法によるバクテリオロドプシンのプロトン貯蔵，放出および拡散過程に関する理論的研究

    竹村俊晃, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳

    分子科学会オンライン討論会  

    発表年月： 2020年09月

  • バクテリオロドプシンのプロトン貯蔵・放出過程に関するDC-DFTB-MDシミュレーション

    竹村俊晃, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳

    第33回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2019年12月

  • バクテリオロドプシンのプロトン貯蔵・放出過程に関する大規模量子的分子動力学シミュレーション

    竹村俊晃, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳

    日本化学会秋季事業第9回CSJ化学フェスタ2019  

    発表年月： 2019年10月

  • Hierarchical parallelization of DFTB simulations with DCDFTBMD

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    CECAM-Workshop “Thinking outside the box – beyond machine learning for quantum chemistry”  

    発表年月： 2019年10月

  • Clarification of proton transfer reactions in photoreceptive proteins using large-scale quantum molecular dynamics simulations

    Junichi Ono, Chika Okada, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai  [招待有り]

    第57回日本生物物理学会年会  

    発表年月： 2019年09月

  • Large-scale quantum-mechanical molecular dynamics simulations for the long-distance proton transfer in bacteriorhodopsin

    Junichi Ono, Minori Imai, Chika Okada, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai  [招待有り]

    The Ninth Conference of the Asia-Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists (APATCC 2019)  

    発表年月： 2019年09月

  • Practical excited-state simulation of thousands of atoms

    Nana Komoto, Takeshi Yoshikawa, Junichi Ono, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The Ninth Conference of the Asia-Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists (APATCC 2019)  

    発表年月： 2019年09月

  • DC-DFTB-MD法によるバクテリオロドプシンの長距離プロトン移動反応の理論的解析

    小野純一, 岡田千果, 西村好史, 中井浩巳

    第22回理論化学討論会  

    発表年月： 2019年05月

  • 大規模化学反応シミュレーションに向けたDC-DFTBプログラムの開発と整備

    西村好史, 中井浩巳

    ポスト「京」第5回公開シンポジウム  

    発表年月： 2018年12月

  • バクテリオロドプシンの長距離プロトン移動過程に対するDC-DFTB-MDシミュレーション

    岡田千果, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳

    第32回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2018年12月

  • バクテリオロドプシンの1段階目のプロトン移動過程に対するDC-DFTB-MDシミュレーション

    小野純一, 今井みの莉, 西村好史, 中井浩巳

    第32回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2018年12月

  • DC-DFTB-MDプログラムの公開

    中井浩巳, 西村好史, 吉川武司

    日本コンピュータ化学会2018秋季年会  

    発表年月： 2018年11月

  • Density-Functional Tight-Binding Metadynamics Study of Carbonaceous Species Diffusion on (100)-γ-Al2O3 Surface

    Aditya W. Sakti, Chien-Pin Chou, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    第32回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2018年11月

  • DC-DFTB-MDプログラムの開発と公開

    西村好史, 吉川武司, 中井浩巳

    第32回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2018年11月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)計算プログラムの開発・整備と応用

    西村好史, 中井浩巳

    PCoMSシンポジウム&計算物質科学スパコン共用事業報告会2018  

    発表年月： 2018年10月

  • Large-scale quantum-mechanical molecular dynamics simulations for the primary proton transfer in bacteriorhodopsin

    Junichi Ono, Minori Imai, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    第56回日本生物物理学会年会  

    発表年月： 2018年09月

  • メタダイナミクスに基づく重み付きヒストグラム解析法の開発とシクロファン異性化反応への応用

    小野純一, 西村好史, 黄毅聰, 鹿又宣弘, 中井浩巳

    日本コンピュータ化学会2018春季年会  

    発表年月： 2018年06月

  • 重み付きヒストグラム解析法のメタダイナミクスへの拡張とシクロファン異性化反応への応用

    小野純一, 西村好史, 黄毅聰, 鹿又宣弘, 中井浩巳

    第21回理論化学討論会  

    発表年月： 2018年05月

  • Liイオン電池用電解液のための密度汎関数強束縛法のLiに対するパラメータ構築とキャリアイオンダイナミクスへの応用

    西田秀之, 西村好史, 周建斌, 大越昌樹, Aditya W. Sakti, 中井浩巳

    日本化学会第98回春季年会  

    発表年月： 2018年03月

  • Theoretical research of primary proton transfer in bacteriorhodopsin using DC-DFTB-metadynamics

    Minori Imai, Junichi Ono, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    International symposium “Theoretical Design of Materials with Innovative Functions Based on Element Strategy and Relativistic Electronic Theory”  

    発表年月： 2017年12月

  • Proton delocalization in proton releasing group of bacteriorhodopsin revealed by DC-DFTB-MD simulations

    Junichi Ono, Minori Imai, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    International symposium “Theoretical Design of Materials with Innovative Functions Based on Element Strategy and Relativistic Electronic Theory”  

    発表年月： 2017年12月

  • DC-DFTB-K: A Massively Parallel Chemical Reaction Dynamics Simulator for Huge Systems

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    International symposium “Theoretical Design of Materials with Innovative Functions Based on Element Strategy and Relativistic Electronic Theory”  

    発表年月： 2017年12月

  • CO2吸収シミュレーションのための超並列電子状態計算法: DC-DFTB-Kの機能拡張とCO2吸収反応の速度論解析

    西村好史

    ポスト「京」第4回公開シンポジウム  

    発表年月： 2017年12月

  • DC-DFTB-metadynamics simulations for the primary proton transfer of bacteriorhodopsin

    Minori Imai, Junichi Ono, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    The Eighth Asia Pacific Conference in Theoretical and Computational Chemistry (APCTCC8)  

    発表年月： 2017年12月

  • DC-DFTB-MD法によるバクテリオロドプシンのプロトン移動反応機構に関する理論的研究

    小野純一, 今井みの莉, 西村好史, 中井浩巳

    第31回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2017年11月

  • DC-DFTB-MD simulations of excess proton diffusion in ordered/disordered water configurations

    西村好史, Aditya W. Sakti, 周建斌, 中井浩巳

    第31回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2017年11月

  • DC-DFTB-MD法によるバクテリオロドプシンのプロトンダイナミクスに関する理論的研究

    小野純一, 今井みの莉, 西村好史, 中井浩巳

    第11回分子科学討論会  

    発表年月： 2017年09月

  • DC-DFTB-MD simulations of bacteriorhodopsin: Proton dynamics along the photocycle

    今井みの莉, 小野純一, 西村好史, 中井浩巳

    第55回日本生物物理学会年会  

    発表年月： 2017年09月

  • DC-DFTB-MD simulations of bacteriorhodopsin: Delocalization dynamics of an excess proton in proton releasing group

    小野純一, 今井みの莉, 西村好史, 中井浩巳

    第55回日本生物物理学会年会  

    発表年月： 2017年09月

  • Density-Functional Tight-Binding Molecular Dynamics Simulations of Proton Diffusion in the Bulk Ices and Liquid Water

    Aditya W. Sakti, Yoshifumi Nishimura, Chien-Pin Chou, Hiromi Nakai

    11th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2017)  

    発表年月： 2017年08月

  • Implementation of divide-and-conquer density-functional tight-binding method for large-scale quantum mechanical molecular dynamics simulations

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    11th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2017)  

    発表年月： 2017年08月

  • A linear-scaling approximate DFT method for quantum mechanical molecular dynamics simulations of large systems

    Yoshifumi Nishimura, Aditya W. Sakti, Hiromi Nakai

    17th International Conference on Density-Functional Theory and its Applications (DFT 2017)  

    発表年月： 2017年08月

  • Development of Large-scale Quantum Mechanical Molecular Dynamics Simulation: Divide-and-Conquer Density Functional Tight-binding Approach

    Yoshifumi Nishimura, Aditya Wibawa Sakti, Hiromi Nakai  [招待有り]

    First International Workshop on Advanced Methods for Nano Materials Design – Satellite session of Nano Korea 2017 Symposium  

    発表年月： 2017年07月

  • シクロファン異性化反応の密度汎関数強束縛メタダイナミクスシミュレーション

    黄毅聰, 西村好史, 小野純一, 鹿又宣弘, 中井浩巳

    第20回理論化学討論会  

    発表年月： 2017年05月

  • Linear-scaling quantum mechanical molecular dynamics simulations with divide-and-conquer density-functional tight-binding method

    西村好史, Aditya W. Sakti, 中井浩巳

    日本化学会第97春季年会  

    発表年月： 2017年03月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学法のシクロファン類の異性化反応反応に対する自由エネルギー計算

    黄毅聰, 西村好史, 小野純一, 宮下祐輔, 鹿又宣弘, 中井浩巳

    日本化学会第97春季年会  

    発表年月： 2017年03月

  • Acceleration of divide-and-conquer DFTB calculation for huge periodic systems

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    ポスト「京」第3回公開シンポジウム  

    発表年月： 2016年12月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学法のシクロファン類の異性化反応への応用

    黄毅聰, 西村好史, 小野純一, 鹿又宣弘, 中井浩巳

    第30回分子シミュレーション討論会  

    発表年月： 2016年12月

  • Divide-and-Conquer Type DFTB Application for Hydronium and Hydroxide Ions Diffusion in the Bulk Water System

    Aditya W. Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    International CECAM-Workshop & Tutorials on Approximate quantum methods in the ab initio world  

    発表年月： 2016年11月

  • Acceleration of divide-and-conquer DFTB calculation for huge periodic systems

    Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    International CECAM-Workshop & Tutorials on Approximate quantum methods in the ab initio world  

    発表年月： 2016年11月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)シミュレーションの開発・応用と展望

    西村 好史  [招待有り]

    ポスト「京」重点課題⑤「エネルギーの高効率な創出、変換・貯蔵、利用の新規基盤技術の開発」第１回連携推進ワークショップ ：触媒元素戦略研究との連携を求めて  

    発表年月： 2016年11月

  • 高並列化学反応シミュレーションプログラムDC-DFTB-Kの高機能化とCO2分離回収過程への適用

    西村好史

    PCoMSシンポジウム&計算物質科学スパコン共用事業報告会  

    発表年月： 2016年10月

  • 核の量子効果を考慮した密度汎関数強束縛分子動力学法の開発とプロトンダイナミクスへの応用

    小野純一, 西村好史, 安藤耕司, 中井浩巳

    第10回分子科学討論会  

    発表年月： 2016年09月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)法によるプロトン拡散シミュレーション

    西村好史, Aditya W. Sakti, 中井浩巳

    TCCI第6回研究会  

    発表年月： 2016年03月

  • Application of divide-and-conquer type density-functional tight-binding simulation for proton diffusion in bulk water system

    Aditya W. Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    Seventh Asia-Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APATCC 7)  

    発表年月： 2016年01月

  • ナノ・生体系の反応制御と化学反応ダイナミクス

    中井浩巳, Stephan Irle, 武次徹也, 吉澤一成, 小林正人, 西村好史

    第６回CMSI研究会  

    発表年月： 2015年12月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)法によるプロトン拡散シミュレーション

    西村好史, Aditya W. Sakti, 中井浩巳

    第６回CMSI研究会  

    発表年月： 2015年12月

  • Development of massive parallel code for quantum mechanical molecular dynamics simulations: DC-DFTB-K program

    Yoshifumi Nishimura, Hiroaki Nishizawa, Masato Kobayashi, Stephan Irle, Hiromi Nakai

    The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2015)  

    発表年月： 2015年12月

  • ナノスケール化学反応系に対する分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)シミュレーション

    西村好史

    第2回電子状態理論シンポジウム  

    発表年月： 2015年11月

  • Development of linear-scaling divide-and-conquer density-functional tight-binding program: massively parallel DC-DFTB calculations on the K computer

    Yoshifumi Nishimura  [招待有り]

    5th International Workshop on Massively Parallel Programming Now in Quantum Chemistry and Physics – Toward Exascale Computing  

    発表年月： 2015年11月

  • Development of linear-scaling divide-and-conquer DFTB method: Massively parallel DC-DFTB calculations on the K computer

    Yoshifumi Nishimura, Hiroaki Nishizawa, Masato Kobayashi, Stephan Irle, Hiromi Nakai

    Development of next generation accurate approximate DFT/B methods – Flagship workshop and tutorial  

    発表年月： 2015年10月

  • Divide-and-Conquer type Density Functional based Tight Binding Molecular Dynamics (DC-DFTB-MD) Simulation of Proton Transfer in Bulk Water System

    Aditya W. Sakti, Yoshifumi Nishimura, Hiromi Nakai

    第9回分子科学討論会  

    発表年月： 2015年09月

  • ナノスケール化学反応系に対する分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)シミュレーション

    西村好史, Aditya W. Sakti, 中井浩巳

    第9回分子科学討論会  

    発表年月： 2015年09月

  • Direct infrared identification of the criegee intermediates syn- and anti-CH3CHOO and their distinct conformation-dependent reactivity

    Hui-Yu Lin, Yu-Hsuan Huang, Xiaohong Wang, Joel Bowman, Yoshifumi Nishimura, Henryk A Witek, Yuan-Pern Lee

    70th International Symposium on Molecular Spectroscopy (2015)  

    発表年月： 2015年06月

  • Recent advances in divide-and-conquer density-functional tight-binding molecular dynamics simulations

    Yoshifumi Nishimura, Hiroaki Nishizawa, Masato Kobayashi, Stephan Irle, Hiromi Nakai

    Satellite Symposium of ICQC 2015 “Novel computational methods for quantitative electronic structure calculations”  

    発表年月： 2015年06月

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)法の最近の展開

    西村好史, 海寳丈彰, 中井浩巳

    日本コンピュータ化学会2015春季年会  

    発表年月： 2015年05月

  • ナノ・生体系の反応制御と化学反応ダイナミクス

    西村好史

    第5回CMSI研究会  

    発表年月： 2014年12月

  • Divide-and-Conquer Density-Functional Tight-Binding Method: Theory and Application to Nano-Sized Systems

    Yoshifumi Nishimura, Takeaki Kaiho, Hiroaki Nishizawa, Stephan Irle, Hiromi Nakai

    QSCP XIX  

    発表年月： 2014年11月

  • CO2分離回収過程のDC-DFTBシミュレーション

    西村好史, 海寳丈彰, 窪田崇人, 中井浩巳

    TCCI第5回研究会  

    発表年月： 2014年10月

  • 密度汎関数強束縛分子動力学(DFTB-MD)法による二酸化炭素化学吸収法に関する理論的研究

    海寳丈彰, 窪田崇人, 西村好史, 中井浩巳

    日本化学会秋季事業第4回CSJ化学フェスタ2014  

    発表年月： 2014年10月

  • First Principles-Based Estimate of the Critical SWCNT Length for Vanishing Raman D Band Intensity

    Yoshifumi Nishimura, Henryk A. Witek, Stephan Irle

    5th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON 2013)  

    発表年月： 2013年06月

  • First Principles-Based Estimate of the Critical SWCNT Length for Raman D and G Band Intensity Inversion

    西村好史, Henryk A. Witek, Stephan Irle

    第44回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム  

    発表年月： 2013年03月

  • イオン液体中でのセロビオースからグルコースへの加水分解反応機構に関する理論的研究

    西村好史, 横川大輔, Stephan Irle

    第35回溶液化学シンポジウム  

    発表年月： 2012年11月

  • グラフェン表面上におけるイオン液体校正イオンの相互作用に関するベンチマーク計算

    西村好史, Matthew A. Addicoat, Stephan Irle

    第1回イオン液体討論会  

    発表年月： 2011年01月

  • IR and Raman stealth effect for molecules adsorbed on single-walled carbon nanotubes

    Yoshifumi Nishimura Dmitry Kazachkin, Eric Borgue, Stephan Irle

    The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)  

    発表年月： 2010年12月

  • IR Stealth Effect for Molecules Adsorbed on Single-walled Carbon Nanotubes

    Yoshifumi Nishimura, Dmitry V. Kazachkin, Henryk A. Witek, Eric Borgue, Stephan Irle

    The 7th Thai Summer School of Computational Chemistry  

    発表年月： 2010年10月

  • グラフェン表面上におけるイオン液体構成イオンの相互作用に関するベンチマーク計算

    西村好史, Stephan Irle

    第4回分子科学討論会  

    発表年月： 2010年09月

  • カーボンナノチューブに物理吸着した分子に対するIRスペクトル強度の遮蔽効果

    西村好史, Stephan Irle

    日本化学会第90春季年会  

    発表年月： 2010年03月

  • カーボンナノチューブに物理吸着した分子に対するIRおよびラマンスペクトル強度の遮蔽効果

    西村好史, Stephan Irle

    第38回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム  

    発表年月： 2010年03月

  • Benchmark Studies of Acetone Interaction on Graphite Surface

    西村好史, 常田貴夫, Stephan Irle

    第3回分子科学討論会  

    発表年月： 2009年09月

  • Benchmark Studies of Acetone Interaction on Graphite Surface

    西村好史, Stephan Irle, 常田貴夫

    第12回理論化学討論会  

    発表年月： 2009年05月

  • Quantum Chemical Simulations of Acetone Adsorption on SWCNTs

    Yoshifumi Nishimura, Dmitry Kazachkin, Eric Borgue, Stephan Irle

    8th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2008)  

    発表年月： 2008年09月

  • MP2 and SCC-DFTB-D Studies of Acetone Adsorption on Pristine and Oxidized SWNTs

    Yoshifumi Nishimura, Stephan Irle

    Carbon  

    発表年月： 2008年07月

  • MP2/SVP及びSCC-DFTB-D計算による単層カーボンナノチューブ上でのアセトン分子吸着に関する研究

    西村好史, Stephan Irle

    日本化学会第88春季年会  

    発表年月： 2008年03月

  • MP2/SVP及びSCC-DFTB-Dによるアセトン–単層カーボンナノチューブ相互作用の研究

    西村好史, Stephan Irle

    第1回分子科学討論会  

    発表年月： 2007年09月

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 量子分子動力学計算による金属サブナノ粒子触媒反応の自由エネルギー解析

    物質・デバイス領域共同研究拠点  基盤共同研究

    研究期間:

    2025年04月
    -
    2026年03月
     

    西村 好史

  • 大規模量子分子動力学計算プログラムDCDFTBMDの機能強化と新規解析手法の開拓

    早稲田大学  奨励研究

    研究期間:

    2024年10月
    -
    2026年03月
     

    西村 好史

  • 金属サブナノ粒子触媒における熱的に活性な原子の理論的評価

    物質・デバイス領域共同研究拠点  基盤共同研究

    研究期間:

    2024年04月
    -
    2025年03月
     

    西村 好史

  • CO2擬高圧場を活用したCO2還元機構の低圧駆動

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)

    研究期間:

    2022年05月
    -
    2025年03月
     

    織田 晃, 西村 好史

  • 大規模量子化学計算に基づく階層的シミュレーションシステムの開発と応用

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)

    研究期間:

    2022年04月
    -
    2025年03月
     

    西村 好史

  • 大規模量子分子動力学計算技術の社会実装に関する研究

    早稲田大学  奨励研究

    研究期間:

    2021年10月
    -
    2024年09月
     

    西村 好史

  • 分子シミュレーションに基づく金属サブナノ粒子触媒の動態とCO2還元反応機構に関する研究

    物質・デバイス領域共同研究拠点  基盤共同研究

    研究期間:

    2023年04月
    -
    2024年03月
     

    西村 好史

  • 大規模励起状態ダイナミクスの開発及び光活性イエロータンパク質への実践的応用

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)

    研究期間:

    2020年04月
    -
    2023年03月
     

    吉川 武司, 西村 好史

    　概要を見る

    代表的な光受容タンパク質であるPYPの光異性化過程に着目し、その光励起により誘起されるプロトン移動ダイナミクスの全容解明を目指す。そのために、スーパーコンピュータ「京」で卓越した成果を挙げている分割統治密度汎関数強束縛分子動力学（DC-DFTB-MD）法を励起状態へと拡張し、大規模励起状態ダイナミクス法の基盤を確立しその応用計算を行う。昨年度までに、理論研究では、DC-DFTB-MD法を励起状態へと拡張するため、新たに分割統治時間依存密度汎関数強束縛分子動力学（DC-TDDFTB-MD）法の開発・実装を行った。
    励起状態の検証のため、光活性イエロータンパク質の光異性化は無輻射失活過程であるため、円錐交差（CI）構造を高速かつ精度よく再現できる手法が必要となった。DC-DFTB-MDプログラムに対してコストと精度のバランスのよいスピン反転（SF）法を導入した。SF法をDFTB法に導入することにより、非常に高速にCI構造を再現することができた。また、CI構造の電子状態を解析するために凍結起動近似を用いたエネルギー成分の分解（クーロン項・交換項等）を行い、CI構造へと推移するための支配因子の解明も行った。その支配因子を用いることにより、より容易にCI構造探索が可能となった。
    光活性イエロータンパク質の活性中心はp-クマル酸の反応サイクルにおけるプロトン移動に関する検証を行った。また、変異体におけるプロトン移動に関しても検討を行い、活性中心の周辺残基による効果がプロトン移動の障壁に対して寄与を持つことが示唆された。

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Misc

  • ゆらぎの定理を利用した自由エネルギー計算に関する理論的背景と非平衡分子動力学シミュレーションへの応用

    束村 晴, 菅波 祐介, 赤津 裕哉, 髙橋 颯人, 西村 好史, 中井 浩巳

    Journal of Computer Chemistry, Japan   24 ( 1 ) A3 - A11  2025年03月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    DOI

  • 光活性イエロータンパク質の光反応サイクルにおけるtrans-cis光異性化過程の量子的分子動力学シミュレーション解析

    石田 賢亮, 西村 好史, 中井 浩巳

    Journal of Computer Chemistry, Japan   22 ( 2 ) 9 - 11  2023年11月

    DOI

  • バクテリオロドプシンの分子動画に基づく大規模量子分子動力学法によるプロトン移動反応の解析

    小野 純一, 今井 みの莉, 西村 好史, 中井 浩巳

    分子シミュレーション学会誌アンサンブル   23 ( 3 ) 171 - 175  2021年07月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    DOI

  • DCDFTBMDプログラムの公開

    西村 好史, 吉川 武司, 中井 浩巳

    Journal of Computer Chemistry, Japan   17 ( 5 ) A21 - A27  2019年03月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    DOI

  • 分割統治型密度汎関数強束縛 (DC-DFTB)法に対する最近の開発と応用

    西村 好史, 中井 浩巳

    分子シミュレーション研究会会誌アンサンブル   20 ( 1 ) 18 - 23  2018年01月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    DOI

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学(DC-DFTB-MD)法によるナノスケール系化学反応シミュレーション

    西村 好史, 中井 浩巳

    分子シミュレーション研究会会誌アンサンブル   18 ( 2 ) 95 - 101  2016年04月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    　概要を見る

    <p>量子化学的手法を用いた分子動力学（QM/MD）シミュレーションは，化学反応の動的過程を微視的に理解するための有効な解析手法の一つである．しかし，数千〜数万個の原子を含む実在系に即したモデルを取り扱うためには，QM/MD計算コストの抜本的な削減が不可欠である．本稿では，密度汎関数強束縛法と分割統治法の組み合わせにより低プレファクタと線形スケーリングを同時に満たす手法とその計算プログラムの並列性能評価，およびナノスケール系への応用例を紹介する．</p>

    DOI CiNii

  • 分割統治型密度汎関数強束縛分子動力学 (DC-DFTB-MD)法の最近の展開

    西村 好史, 海寳 丈彰, 中井 浩巳

    Journal of Computer Chemistry, Japan   14 ( 3 ) 43 - 46  2015年09月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

    DOI

  • Two mutually exclusive DFTB parameter sets for the simulation of chemical hydrogen sputtering on beryllium walls

    Yoshifumi Nishimura, Jun Saito, Daisuke Yokogawa, Chien-Pin Chou, Henryk A. Witek, Stephan Irle

    プラズマ・核融合学会誌   89 ( 9 ) 594 - 598  2013年09月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

  • First Principles-Based Estimate of the Critical SWCNT Length for Raman D and G Band Intensity Inversion

    Yoshifumi Nishimura, Henryk Witek, Stephan Irle

    ECS Meeting Abstracts   MA2013-01 ( 32 ) 1132 - 1132  2013年03月

    　概要を見る

    Abstract not Available.

    DOI

  • (Invited) Dramatic Reduction of IR Vibrational Cross-sections of Molecules Encapsulated in Carbon Nanotubes

    Dmitry Kazachkin, Yoshifumi Nishimura, Henryk Witek, Stephan Irle, Eric Borguet

    ECS Meeting Abstracts   MA2012-01 ( 32 ) 1188 - 1188  2012年02月

    　概要を見る

    Abstract not Available.

    DOI

  • COLL 170-Interaction of simple molecules with carbon nanotubes

    Dmitry V. Kazachkin, Yoshifumi Nishimura, Nikolay Dementev, Stephan Irle, Keiji Morokuma, Radisav Vidic, Eric Borguet

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   236  2008年08月

    研究発表ペーパー・要旨（国際会議）  

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担当経験のある科目(授業)

  • 化学数学1

    東京理科大学