イオン化電子がもとの分子と再衝突する際の散乱を利用した全く新しい電子回折法をつかったもので,我々の理論計算との照合によって,この方法が分子の構造変化を追跡する強力な実験法であることが証明された。開発した高速の非断熱動力学法では,非断熱遷移の結合行列を計算する必要が無く,電子状態計算から得られる断熱ポテンシャルの古典軌道上の時間微分から透熱ポテンシャルの傾きを推定し,非断熱遷移確率のZhu-Nakamura公式に代入する。凝縮系や大きな光駆動分子モーターなど大きな系への適用が可能な高速計算法であり,既存の方法と比較しても同等以上の精度を有している。本手法を使って,放射線や光によって生成した水分子多量体カチオンからのOHラジカル発生の機構も調べ,高エネルギーのOHラジカルだけが水に囲まれたDNAに接近し,2本鎖切断を引き起こすことを明らかにした。(2014))とも一致している。以上,本年度は,動力学理論が実験結果を説明するだけでなく,その予測が実験によって実現されるという新たなステージに入ることができた。Activity最終年度は,DNA鎖切断を引き起こす水からのOHラジカルの発生や光駆動分子モーターの回転など励起状態が関与するダイナミクスを中心に研究を進める。開発した非断熱遷移を効率よく高速で計算する方法を適用する。大きな光駆動分子モーターでも,量子収率やトランスーシスの回転の効率を求め,より高速の分子モーターの設計につなげる。原子分割エネルギーの概念を励起状態が関与する反発交差や円錐交差における非断熱ダイナミクスにも適用し,各原子の分割エネルギーの変化がそれらのダイナミクスとどのように相関するか明らかにする。DNAの鎖切断には,DFTB法やDFT法を使い,ピコ秒からナノ秒の反応動力学シミュレーションを実行する。OHラジカルや熱,光がどのように鎖切断を引き起こすか,エネルギー・電子移動の観点から明らかにする。放射線や光による高エネルギーOHラジカルの発生機構と拡散過程を調べ,それらの濃度と2本鎖切断との関係の定量化を目指す。DNAの周りに水などの溶媒やカウンターカチオンの鎖切断に及ぼす影響も明らかにする。(OH)24のナノカーボンへの転換反応においは,多数のOH基とC60フラーレン骨格の間のエネルギー交換によってC60骨格の解裂が促進されることを明らかにしてきたが,本年度はTD-DFTB法を使って近赤光による励起過程を動力学シミュレーションに含め,実際のエネルギーの流れを調べる。ナノ・バイオ分子のクーロン爆発に関しては,イオン化過程をモデル化し,DFTB法と融合した動力学計算法の精密化を進め,重原子含有分子のXFELによるクーロン爆発の実験結果の再現性を高める。これをもとに,実験で得られる解離イオンの運動エネルギー分布や2体角度相関から分子の構造を再構築する反応イメージング法を理論的に確立する。