高塚和夫

理論分子非線形科学と動力学

Prof. Kazuo Takatsuka

 

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教養学部前期課程「構造化学」のテキストについて：

 

次の教科書を使います。「化学結合論入門　−量子論の基礎から学ぶ−」　（高塚和夫著、東京大学出版会）

生協教科書販売所で購入してください。

 

 

基礎科学科「分子構造論」テキストについて：

 

東京大学教養学部後期課程統合自然科学科「量子化学」の受講生で、テキストプリントを入手したい方は

量子化学のプリントテキスト（PDFファイル、約830KB）

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大学院相関基礎科学系「分子非線形科学」のテキストについて：

 

「非平衡系の科学IV　分子の複雑性とカオス」（高塚和夫著、講談社サイエンティフィク）を使います。

 

 

理論分子非線形科学への誘い:

私達の美しい地球世界は、多様性に富み、それぞれに機能を発現し、柔らかい組織構造を作っています。素粒子から大宇宙の構造に広がる自然現象の階層性の中で、地球の物質世界の構成要素は「分子」なのです。我々生命体も、分子と穏やかで効率の良い化学反応のネットワークで構成されています。（「生命」が、分子の言葉だけで理解されるという意味ではありませんが。）

実は、分子というのは、自然の階層性の中でも、意外な重要性を持っているのです。それは、（１）量子力学と古典力学の接点に位置すること（半古典力学の世界）、（２）物質の複雑性を生み出す根源的な性質を持ち、力学的決定論の世界と統計力学的集団理論の境界に位置し、秩序や選択性と決定論的無秩序性（カオス）を生み出すこと、（３）分子の集団を構成するにつれて、非線形・非平衡の性質が出現し、自己組織化を起こし、それに伴う機能発現をするようになる、ということが挙げられます。

私達の研究室では、分子のこのような面に焦点を合わせ、実験で検証されるということを前提に、理論の開拓をしています。研究はスタッフや大学院生の個性と意欲を反映して多角的に行われています。彼等は、新しい視点を研究室に持ち込み、やがては科学全体に大きな影響を及ぼす事になります。

現在は、ナノテクノロジーの要請を時代的背景として、盛んに分子動力学のシミュレーションが行われるようになってきました。その発展自体は素晴らしいことですが、我々は、与えられた数式から大量の数値や画像を産出することだけには決して満足しません。分子の多様性や複雑性の中から生じてくる法則・概念・数理構造等を明らかにすることこそが、我々の真骨頂だと思っているからです。この研究室だからこそ出来る研究だと考えています。そういう研究を通して、次世代の科学が切り拓かれていくと信じています。

 

　より具体的な研究は、下の一覧表と個々の展示をご覧になり、大学院生、博士研究員、スタッフの皆さんからの説明に耳を傾けてください。ご質問も大歓迎です。ここで、二つ三つ、分かりやすいトピックスを挙げておきましょう。

 

アインシュタインは1917年の論文で、現在の言葉に翻訳すると、「カオスの量子化」という問題が存在することをいち早く認識しました。1964年に古典力学のカオスの問題が脚光を浴び、1970年には、カオスの量子化の問題が初めてGutzwillerによって定式化されました。残念なことに、その美しい理論は特別な場合を除き、有効に働きませんでした。爾来、数々の理論が提案されたものの、なかなか上手くいかず、カオスの量子化はいわば棚上げ状態にされていました。私どもの研究室では、最近になって、新しい方法論を構築するとともに、数値的にもカオスの量子化を驚くべき精度で、成し遂げることに成功しました。量子化を支えている幾何学的背景も分かってきました。量子カオスの研究史上でも画期的な成果の一つだと思っています。我々は、弛むことなく、更に理論を深化させ発展させています。

 

一方で、化学的な側面の強い研究も沢山行われています。特に分子の中や分子の間を飛び回る電子の波束状態の研究に我々は新しい焦点を当てて、理論をどんどん発展させています。電子の運動を直接見ることができるようになれば、分子科学は大きな変貌を遂げるでしょう。

 

分子が時間とともに(短い時間ですが)その形を変えていくということを深く突き詰めていくと、とても面白い科学に進むことができます。面白いことに、分子が形を変える空間を数学的に純粋に記述しようとすると、それは非ユークリッド空間になり、その曲がった空間の効果が分子に新しい効果をもたらすことなどが、私たちの研究で分かってきました。分子が形を変えながら解離反応を起こす場合の統計力学も構築できました。

 

他にも面白い研究やアイデアが目白押しです。とても、一つ一つ紹介しきれません。以下、項目的に列挙するに留めます。

 

１）電子波束と原子核の同時動力学（10-18秒の世界へ）　／Born-Oppenheimerを超える化学理論／原子核の運動と同期する電子波束の理論／多次元・多重縮重系の非断熱過程

２）電子状態の制御と創成の動力学　　／強いレーザーなどによって，自然界には存在しない電子状態を創り出し，新しい化学反応を起こす．

３）多次元量子波動力学への挑戦　／大きな分子のダイナミクスにおける量子効果の理論／クラスターやタンパク質のダイナミクスの量子力学への挑戦／水素結合を介して現われる大規模分子系や溶媒による量子ゆらぎの直接観測の理論／　

４）カオスの量子化　／多体系カオスの量子化の新理論／半古典力学理論を乗り越える（量子力学の新しい視点）理論の構築／クーロン系の量子化／クラスターの大振幅運動とメゾスコピック系に現われる量子効果とカオススペクトル／量子ドットにおける量子カオス，量子スカーとトンネル現象／古典対応を持たない量子カオス（真の量子カオス）の同定とその測度／

５）分子と化学反応にとって統計理論と力学の接点　／高エネルギー・多チャンネルの化学反応（クラスターの構造転移と蒸発現象）におけるカオス，集団運動および新しい反応理論の構築／多成分系クラスターの動力学と統計力学／

６）化学反応の分子レベルの直接観測　／時間分解光電子分光による超高速量子過程（カルフォルニア工科大のグループと共同研究）／量子カオスの直接観測の理論／分子内を電子が移動する瞬間の直接観測の理論／非断熱遷移による量子波束の分岐の直接観測の理論

７) プロトン移動のダイナミクスとトンネル現象 ／トンネル現象やプロトン移動の多次元・多体効果・集団現象を記述するために拡張された一般化古典力学の開拓と経路積分への繰り込み（一部、ベルリン自由大学のグループと共同研究）／プロトン移動による化学的長距離相互作用の理論／

８）分子の形とは何か？非ユークリッド幾何学のダイナミクス　／分子の真の内部変数（形の空間）とその非ユークリッド幾何学による分子ダイナミクスへの効果／

９）増殖系における自己形態形成の動力学　／自律分散系の結合ダイナミクスとしての並列セルオートマトン／（化学反応，細胞分裂，バクテリアのコロニー形成などのような）増殖系の形態形成における非平衡統計力学とダイナミクス／反応拡散系とセルオートマトンの巨大なずれ

 

 



分子のダイナミクスを通して見る自然の構造

  1. はじめに
    科学者における自然現象の認識のしかたや論理のありようは、若い人が幻想を抱くようには、単一ではありません。私は、理論分子科学を専攻していますが、実験化学者の分子認識の鮮やかさにはよく驚かされます。モーツアルトが音楽語を使うように、化学者は化学語を使っているようです。そのようにして、複雑な対象から単純な法則を導いているのです。しかし、最近では、分子に興味を抱く非化学者も増え、分子を化学的言語だけの世界に閉じ込めておくのには無理があるように思えます。むしろ、分子のダイナミクスが自然科学の基礎的な問題を提供しているとさえいえる部分がありますので、それを紹介しましょう。
  2. 実験の話題から
    　最初に、微視的分子観測の実験の最近の大きな流れに、二三触れてみます。
    （１）化学反応の速さや生成物の分布を支配する反応途上の中間的領域を遷移状態と呼ぶことをご存知でしょう。従来は、概念上だけでの存在だった遷移状態のいくつかが、実験の工夫で本当に「見える」ようになってきました。これを、遷移状態分光といいます。このように、超高速の化学動力学過程が分光学を利用して観測されるようになってきました。次のような例もあります。分子にレーザー光を照射し、望みの電子励起状態を作り出します。次に、極めて短い時間（10の-15乗秒から-12乗秒程度）をおいて、異なった波長の２番目のレーザー光を照射し、別の観測可能な状態にします（例えばイオン化します）。この時間間隔を変えながら、最終状態の違いを追跡することで、最初に作りだされていた励起状態の超高速の時間変化が分かるのです。
    （２）かって我々が分子と言ったとき、分子１個１個について性質を調べたり、改造を加えたりすることはできませんでした。現在、まさにその時代に突入しているのです。単分子分光、単分子操作とよばれます。例えば、一本のDNA分子の一箇所の塩基をトンネル電子顕微鏡と同じ原理を使って取り替えることができれば、皆さんが「基礎実験」で習うPCR法を利用して、新しいDNAが大量に産出できると、阪大の河合教授は主張しています。最近、阪大医学部の柳田教授らによって、筋肉に関係するタンパクの単分子的ダイナミクスの見事な観測が行われ、そこで得られた事実が我々化学動力学理論に携わる者の常識を打ち砕いています。ある種の生体関連分子は、適度にstochasticな性質とdeterministicな性質をバランスをとりながら、独自の選択的な挙動をするように見えているからです。
    　「時間と大きさのスケールにおいて、我々は分子そのままの姿に肉薄している時代に生きている」ということをお伝えしたくて、これらの実験を紹介しました。この他にも、世界最先端の分子科学の研究が、ここ駒場や本郷でも行われています。これら実験研究は、当然、理論へ大きな影響をもたらします。一方、理論の発展がなければ実験の解釈が進まない場合も多く、むしろ、既存の理論や計算で解釈が可能な実験事実には、オリジナリティは望めないと私は思っています。理論のメリットは、観測にはかからない量を議論したり、一見異なる分野や現象から共通の概念や法則を発見したりすることができることにあります。また、理論家には新しい現象を予言したり、観測原理を提示する責務があるともいえます。実験と理論の間の緊張感あふれる相互作用が科学を動かしていくのです。
  3. 化学動力学の面白さと豊かさ
    　以下、化学動力学の一般的な特徴と問題点をやや抽象的に述べてみます。分子は、原子核と電子から構成されていますが、原子核は電子より４〜５桁程度重いという事実によって、「量子性と古典性を同時にもつ」ことになり、「中間領域」の面白さと困難さが伴うことになります。分子のサイズを大きくしていったとき、量子的波動性が消えて古典力学的な粒子性中心の性質に移行していく過程には、どのような現象があり、分子にどのような性質をもたらしているだろうか？逆に、量子効果が生き残るための条件とは何だろうか？さらに、生命現象はどのようにして、例えばトンネル効果のような量子効果を利用しているかと訊ねることも、関連して興味深い問題です。
    　また、原子核が重いということに起因して、単位エネルギー幅に許される量子状態の数が非常に多くなるという事態が生まれます。多数の量子状態が関与するのであれば、分子１個の中にさえ統計的性質が生まれてくることが予想されるでしょう。ここでは、力学的決定性と統計性の中間状態が問題となり、統計性の力学的根拠として、（ハミルトン）カオスが必然的に登場し、化学反応のあり方を特徴付けることになります。カオスというのは、混沌とした暗黒の状態をさすのではなく、非常に多様な状態を生み出す大量の情報の根源でもありますから、多次元系のカオスには、未だ知られていない新しい現象が隠されている可能性が極めて高いと思われます。
    　さらに、分子のダイナミクスは、非線形力学を考え始めなければならない第一歩の場でもあります。線形理論である量子論からいかにして非線形現象が出現するのでしょうか。非線形現象とは、単純にいって、「結果（出力）が、原因（入力）となって回帰する現象」のことで、社会現象としても普遍的に経験することです。非線形現象の面白さは、出現する現象の多彩さとデリケートさにあります。ほんの少し系のパラメータ（エネルギーや質量など）の値を変えるだけで、ガラリと異なる状態が現われたりすることがよくあります。地球が、美しくも多様な世界であることの原因は、分子自身の多様性の他に、この非線形性にある可能性が高いのです。
    　一般に、理論研究というものは、典型的な現象や、極端な性質を持つものを調べることから始まります。その場合、現象を支配している因子の数が少なく、かつ単純であることが背景になっていることが多く、楽観的要素還元主義は、こうした研究態度が歴史的に成功してきたことに裏打ちされています。しかし、分子のダイナミクスは、上に述べたように、見事なくらい「混合的」かつ「複雑」な科学なのです。それを承知した上で、私には、二つ考えたい課題があります。一つは、このような中間領域を包括的に記述する有効な理論体系の構築。もう一つは、中間領域ゆえに発生するデリケートな新現象の発見とその概念化・法則化です。それも、例えば、今世紀の化学概念を支配してきた遷移状態概念を越える新しい反応理論を構築するような形で、実験研究者に投げ返したいと思っています。また、自然の認識に少しでも深みを加えることができれば、これは大きな喜びです。スペースの関係で、抽象的にしか記述できませんでしたが、以上述べてきたことの多くは、私の研究室の大学院生たちが、具体的な研究テーマとして取り組んでいることなのです。

    （東京大学教養学部報から転載）

最近の論文（1995年以降分）

  1. "Tunneling Solutions of Hamilton-Jacobi Equation for Multi- dimensional Semiclassical Theory", Phys. Rev., A51, 1995, 4353-4364（牛山浩と共著）.
  2. "Nonlinear Dynamics in Coupled Fuzzy Control Systems. I. Coherence and Chaos Frustration in Triangle Configuration", Physica, D82, 1995, 95-116.
  3. "Expected Significance of Weakly Chaotic Vibrational Motions in Single Molecule Spectroscopy", J. Chem. Phys., 103, 1995, 6914- 6929（橋本直行と共著).
  4. "A Novel Method to Calculate Eigenfunctions and Eigenvalues in a Given Energy Range", J. Chem. Phys., 103, 1995, 6057-6067 （橋本直行と共著）.
  5. "Statistical Redistribution of Trajectories from a Torus to Tori by Chaotic Dynamical-Tunneling", Phys. Rev. E.,53, 1996, 115-123 （牛山浩と共著）.
  6. "Non-Ergodicity and Two Sub-Phases in the Coexistence Region in Isomerization Dynamics of Ar7-like Molecules", J. Chem. Phys. 104, 8613-8626, 1996（世古千博と共著）.
  7. "Rhthmic Hopping in a One-dimensional Crisis Map", Phys. Rev. E.,54, 1996, 956-959. （世古千博と共著）.
  8. "A Scrutiny of the Premise of the RRKM Theory in Isomerization Reaction of an Ar7-like Molecule", J. Chem. Phys. 105, 1996, 10356-10366（世古 千博と共著）.
  9. "Stationary-State Scattering Theory for Dissociative Photodetachment on Nonadiabatically Coupled Potential Surfaces as a Probe of Transition States", Phys. Rev. A 55, 1997, 347-360.
  10. "Global Representation of Maslov-type Semiclassical Wavefunction and Its Spectrum in a Small Number of Classical Trajectories", Phys. Rev. Lett. 78, 1997, 1404-1407.（井上敦子と共著）.
  11. "Semiclassical Study on Multidimensional Effects in Tunneling Chemical Reactions. Tunneling Paths and Tunneling Tubes.", J. Chem. Phys. 106, 1997, 7023-7035. （牛山浩と共著）.
  12. "Strange Attractors of Infinitesimal Widths in the Bifurcation Diagram with an Unusual Mechanism of Onset. Nonlinear Dynamics in Coupled Fuzzy Control Systems. II.", Physica D, 111, 1998, 51-80. （友永百合と共著.
  13. "Quantum Localization and Dynamical Tunneling of Quasi-separatrix Wavefunctions for Molecular Vibration.", J. Chem. Phys., 108, 1998, 1893-1903. （橋本直行と共著).
  14. "Nonequilibrium Intramolecular Transport in Isomerization Dynamics of Ar7-like Molecules in Liquid-like Phase.", J. Chem. Phys. 108, 1998, 4924-4934.（世古 千博と共著).
  15. "Origin of the Complex Dynamics in Structural Isomerization of Small Clusters: The Effects of Potential Topography.", J. Chem. Phys. 10９, 1998, 4768-4781.（世古千博と共著).
  16. "Quasi-semiclassical Trajectory Approach to Tunneling Chemical Reactions", J. Chem. Phys. 109, 1998, 9664-9673.（牛山浩と共著).
  17. "Concept of Inter-basin Mixing and Extension of the Liapunov Exponent in Multiple Potential-Basin Dynamics as in Structural Isomerization of Clusters.", J. Chem. Phys. 110, 1999, 3263-3266 (Communications).（世古千博と共著).
  18. "Scattering Theory for Photodetachment and Molecular Dissociation as a Direct Probe of Transition State", in "Transition State" (Ed. T. Fueno, Gordon & Breach 1999) 297-319.
  19. "A Semiclassical Theory for Maslov-Type Wave Packet. Hierarchy below the Semiclassical Feynman Kernel", Phys. Rev. A, 59 1999, 3256-3269.（牛山敦子と共著）.
  20. "Role of Phase Cancellation Removing Spuriously Quantized States in Semiclassical Mechanics.", Phys. Rev. A,. 60 1999, 112-120.（牛山敦子と共著).
  21. "Tunneling Paths in Multidimensional Semiclassical Mechanics", Physics Reports（総説）、322 1999, 347-417.（牛山浩、牛山敦子と共著).
  22. "Time Scale of Isomerization Reactions and Isotropic Inflation Model of Basin Boundaries in Cluster Dynamics", Chem. Phys. Lett. 313, 1999, 633-638.（柳尾朋洋と共著).
  23. "Femtosecond Energy- and Angle-Resolved Photoelectron Spectra", Chem. Phys. Lett. 302, 1999, 363-374.（新崎康樹, K. Wang, V. McKoyと共著).
  24. "Theory of Energy- and Angle-resolved Pump-Probe Photoelectron Spectroscopyfs", J. Chem. Phys. 112, 2000, 8871-8884.（新崎康樹, K. Wang, V. McKoyと共著）.
  25. "Probing Wavepacket Dynamics with Femtosecond Energy- and Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy", J. Electr. Spec. Rel. Phenom. 108, 89-98 (2000).（新崎康樹, K. Wang, V. McKoyと共著）.
  26. "Probing Wavepacket Dynamics with Femtosecond Energy- and Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy", Faraday Discussion, Introductory Lecture, 115, 1-15 (2000).（新崎康樹, K. Wang, V. McKoyと共著）.
  27. "Microcanonical Temperature and Its Arrehenius Relation to Lifetimes in Isomerization Dynamics of Clusters", J. Chem. Phys. 113, 2552-2562 (2000).（柳尾朋洋,と共著）.
  28. "Highly Excited Vibrational Eigenfunctions in a Multimode Nonadiabatic System with Duschinsky Roataion.", J. Chem. Phys. 114, 3497-3507 (2001).（藤崎弘士と共著）.
  29.  "Energy- and Angle-Resolved Pump-Probe Femtosecond Photoelectron Spectroscopy: Molecular Rotation ", J. Chem. Phys. 114, 7941-7950 (2001).（新崎康樹, K. Wang, V. McKoyと共著）.
  30. "Chaos Induced by Quantum Effect Due to Breakdown of the Born-Oppenheimer Nonadiabaticity.", Phys. Rev. E, 63, 066221 (10 pages)  (2001)（藤崎弘士と共著）.
  31. "An Amplitude-free Correlation Function Based on an Algebra for Coordinate Transformation in Semiclassical Integrals.." Phys. Rev. E, 64, 016224 (8 pages) (2001)
  32. "Semiclassical Quantization of Strongly Chaotic Vibrations in M7-like cluster.", Phys. Rev. E.　64, 056223 (15 pages), (2001)（牛山敦子と共著）.
  33. "Succesive Mechanism of Double Proton Transfer in Formic Acid Dimer. A Classical Study.", J. Chem. Phys. 115, 5903 - 5912 (2001). （牛山浩と共著）.
  34. "Variational Statistical Theory for Microcanonical Ensemble and the Linear Surprisal in Chemical Reaction Dynamics.", Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Lett.., 345, 453-460 (2001).
  35. "Efficient Calculations of Classical Trajectories and Stability Matrices for Semiclassical Theory with Locally Analytic Inegrator. The Hulme Method Revisited.", Chem. Phys. Lett., 346, 169-176 (2001)（牛山浩、 新崎康樹,と共著）.
  36. "Quantum Chaos Induced by Nonadiabatic Coupling in Wavepacket Dynamics.",Phys. Rev. E 66, 035203(R) (2002).  （樋口久と共著）
  37. "Coupled Cellular Automaton for Stchastic Dynamics under Spatiotemporal Fluctuation of Temperature.",、(2002)（矢熊進之助と共著）.
  38. "Semiclassical Quantization of Chaos in Terms of an Amplitude-Free Quasi-Corelation.", J. Phys. A; Math. Gen. 36, 4785-4803、(2003) （堀田浩司と共著）.
  39. “Pump-Probe Photoionization Study of the Passage and Bifurcation of a Quantum Wave Packet Across an Avoided Crossing”, Phys. Rev. Lett. 90, 248303 (2003). （新崎康樹, K. Wang, V. McKoyと共著）.
  40. "Collective coordinates and an accompanying metric force in structural isomerization dynamics of clusters. ", Phys. Rev. A 68, 032714 (16 pages) (2003). (柳尾朋洋と共著).
  41. "Studies of electron transfer in NaI with pump-probe femtosecond photoelectron spectroscopy. "  Y. Arasaki, K. Takatsuka, K. Wang, and V. McKoy  J. Chem. Phys. 119, 7913-7923 (2003).
  42. "Kinematic effects associated with molecular frames in structural isomerization dynamics of clusters. "　Tomohiro Yanao and Kazuo Takatsuka,　 J. Chem. Phys. 120, 8924 (2004).
  43. "A Geometrical evaluation of the Maslov index. " Satoshi Takahashi and Kazuo Takatsuka,  Phys. Rev. A 69, 022110 (2004).
  44. "Time-dependent probability of quantum tunneling in terms of quasi-semiclassical method. "  H. Ushiyama and K. Takatsuka, J. Chem. Phys. 120, 4561-4572 (2004).
  45. "Coupled cellular-automaton study on stochastic and pattern-formation dynamics under spatiotemporal fluctuation of temperature. "   S. Yaguma, Kenta Odagiri, and K. Takatsuka, Physica D 171, 34-62 (2004).
  46. "Renormalized semiclassical quantization for rescalable Hamiltonian. "  Satoshi Takahashi and Kazuo Takatsuka,  Phys. Rev. A 70, 052103 (10 pages) (2004).
  47. "Dynamical and statistical effects of the intrinsic curvature of internal space of molecules. "  Hiroshi Teramoto and Kazuo Takatsuka,  J. Chem. Phys. 122, 074101 (12 pages) (2004).
  48. "Quantum fluctuation of electronic wavepacket dynamics coupled with classical nuclear motions. " Michiko Amano and Kazuo Takatsuka,  J. Chem. Phys. 122, 084113 (13 pages) (2005).
  49. "Methyl group rotation driven by proton-transfer through a long-range chemical interaction. "  Hiroshi Ushiyama and Kazuo Takatsuka,  Angew. Chem. Intl. Ed. 44, 1237-1240, (2005).
  50. "Multichannel chemical reaction beyond the transitions-state concept.  - Microcanonical temperature, geometry, and variational statistical theory.- , "  Kazuo Takatsuka,  Adv. Chem. Phys. 130, 25-85 (2005).
  51. "Effects of an intrinsic metric of molecular internal space on chemical reaction dynamics. "  Tomohiro Yanao and Kazuo Takatsuka,  Adv. Chem. Phys. 130, 87-128 (2005).
  52. "Dynamical hydrogen atom tunneling in dichlorotropolone: A combined quantum, semiclassical, and classical study. "  K. Giese, H. Ushiyama, K. Takakatsuka, and O. Kuehn,  J. Chem. Phys. 122, 124307 (14 pages) (2005).
  53. "Real-time observation of the ground state proton transfer: A model study. "  Yasuki Arasaki, Kentaro Yamazaki, Marcio Varella, and Kazuo Takatsuka,  Chem. Phys, 311, 255-268 (2005).
  54. "Symmetry adapted correlation function for Semiclassical quantization. "  Koji Hotta and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 122, 174108 (10 pages) (2005).
  55. "Extended quantization condition for constructive and destructive interferences and trajectories dominating molecular vibrational eigenstates. "  Hiroshi Ushiyama and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 122, 224112 (13 pages) (2005).
  56. " Dynamic charge fluctuation of endohedral fullerene with co-encapsulated Be and H2." Yasuteru Shigeta and Kazo Takatsuka, J. Chem Phys. (Communications) 123, 131101 (4 pages) (2005). (Selected for the October 17, 2005 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology (AIP))
  57. "Nonadiabatic chemical dynamics in an intense laser field: Electronic wavepacket coupled with classical nuclear motions." Kiyoshi Yagi and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 123, 224103 (10 pages) (2005).
  58. " Very fast tunneling in the early stage of reaction dynamics."  Hiroshi Ushiyama and Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem. A 51, 11807-11814 (2005).
  59. "Time-resolved photoelectron spectroscopy of proton transfer in the ground state of chloromalonaldehyde: Wave packet dynamics on effective potential surfaces of reduced dimensionality", Marcio T. do N. Varella, Yasuki Arasaki, Hiroshi Ushiyama, Vincent McKoy , and Kazuo Takatsuka,  J. Chem. Phys. in press (2006).
  60.  "On the validity range of the Born-Oppenheimer approximation: a semiclassical study for all-particle quantization of three-body Coulomb systems." Satoshi Takahashi and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 124,.144101 (14 pages) (2006).
  61. "Non-Born-Oppenheimer paths in anti-Hermitian dynamics for nanadiabatic transition."  Kazuo Takatsuka,  J. Chem. Phys. 124, 064111 (12 pages) (2006).
  62. A semiclassical theory for nonseparable rovibrational motions in curved space and its application to energy quantization of nonrigid molecules. Hiroshi Teramoto and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 125, 194301 (8 pages) (2006).
  63. Mechanism of the elementary processes of electron wavepacket dynamics coupled with proton and hydrogen-atom migration in H2O + H3O+. Hiroshi Ushiyama and Kazuo Takatsuka, Angew. Chem. Intl. Ed . 46, 587-590 (2007).
  64. Real-time observation of intramolecular proton transfer in the electronic ground state of chloromalonaldehyde: ab initio study of time-resolved photoelectron spectra. Marcio T. do N. Varella, Yasuki Arasaki, Hiroshi Ushiyama, Kazuo Takatsuka, Kwanghsi Wang, and Vincent McKoy , J. Chem. Phys, 126, 054303 (13 pages) (2007). Selected for the March 2007 issue (vol.6 Issue3) for Virtual Journal of Ultrafast Science.
  65. Energy quantization of chaos with the semiclassical phases alone. Kazuo Takatsuka, Satoshi Takahashi, Yang Wei Koh, and Takefumi Yamashita, J. Chem. Phys. (communication) 126, 021104 (4 pages) (2007).
  66. Statistical rate theory for unimolecular dissociation of non-rigid molecules: Applications to atomic and molecular. Mikiya Fujii and Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem. A 111, 1389-1402 (2007).
  67. Hydrogen-bond assisted huge broadening of infrared spectra of phenol-water cationic cluster: An ab initio mixed quantum-classical dynamical study. Takefumi Yamashita and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 126, 074304 (15 pages) (2007). Selected for the March 2007 issue (vol.13 Issue5) for Virtual Journal of Biological Physical Research.
  68. Local integrals and their globally connected invariant structure in phase space giving rise to a promoting mode of chemical reaction. Hiroshi Teramoto and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 126, 124110 (11 pages) (2007).
  69. Phase quantization of chaos and the role of the semiclassical amplitude factor. Takefumi Yamashita and Kazuo Takatsuka, Prog. Teoret. Phys. Supplement. in press. (2007)
  70. Generalization of classical mechanics for nuclear motions nonadiabatically coupled with electron wavepacket dynamics and in quantum-classical mixed representation. Kazuo Takatsuka, submitted for publication (2007).
  71. Pattern formations in multiplication dynamics: A coupled cellular automata study with minimal and hierarchical models. Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka, submitted for publication (2007).
  72. Enhancement of non-escape probability in open system due to quantum localization induced by periodic orbits. Agung Budiyono, Kazuo Takatsuka, Takeshi Kato, and Katsuhiro Nakamura, Phys. Lett. A accepted for publication (2007).
  73. Quantum wavepacket dynamics for time-resolved photoelectron spectroscopy of the NO2 conical intersection. Yasuki Arasaki and Kazuo Takatsuka, accepted for publication (2007).
  74. Generalization of classical mechanics for nuclear motions nonadiabatically coupled with electron wavepacket dynamics and in quantum-classical mixed representation. Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem. A, 111, 10196-10204 (2007). (Robert E. Wyatt Festshirift)
  75. Phase quantization of chaos in semiclassical regime.　Satoshi Takahashi and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 127, 084112 (13 pages) (2007).
  76. Temperature and heat capacity of atomic clusters as estimated in terms of kinetic-energy release of atomic evaporation.　Mikiya Fujii and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys., 127, 204309 (7 pages) (2007).
  77. Finding periodic orbits of higher-dimensional flows by including tangential components of trajectory motion.　　Yang Wei Koh and Kazuo Takatsuka, Phys. Rev E, 76, 066205 (13 pages) (2007).
  78. Nonadiabatic electron wavepacket dynamics of molecules in an intense laser field. An ab initio electronic state study.　　 Takehiro Yonehara and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 128, 154104 (13 pages) (2008).　
  79. Nonemperical statistical theory for molecular evaporation from nonrigid clusters.　 Mikiya Fujii and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 128, 114318 (15 pages) (2008).　
  80. Phase-space averaging and natural branching of nuclear paths for nonadiabatic electron wavepacket dynamics.　Takehiro Yonehara and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 129, 134109 (13 pages) (2008).
  81. On the mechanism of quantization of classical chaos and quantization conditions.  Kazuo Takatsuka, AIP Conference Proceeding Volume 1076, “Let’s face chaos through nonlinear dynamics” (M. Robnik and V. Romanovski Ed. 2008, Springer) page 235-244 (invited, not reviewed).
  82. Threshold effect with stochastic fluctuation in bacteria-colony-like proliferation dynamics as analyzed through a comparative study of reaction-diffusion equations and cellular automata.   Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka, Phys. Rev E, 79, 026202 (10 pages) (2009).
  83. Traveling excitable waves successively generated in nonlinear proliferation system.  Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka, Phys. Rev E, in press (2009).
  84. Towards non-Born-Oppenheimer quantum chemistry.   Kazuo Takatsuka, Intern. J. Quant. Chem. (Hirao issue), 109, 2131-2142 (2009).
  85. Nonadiabatic chemical dynamics in intermediate and intense laser fields,  Kazuo Takatsuka and Takehiro Yonehara, Adv. Chem. Phys. 144, 93-156, (2009) (invited and reviewed by the editor).
  86. Non-Born-Oppenheimer dynamics for electronic and nuclear wavepacket dynamics.   Takehiro Yonehara, Satoshi Takahashi and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 130, 214113 (2009).
  87. Electron flux in molecules induced by nuclear motions.  Michihiro Okuyama and Kazuo Takatsuka, Chem. Phys. Lett. 476, 109-115 (2009).
  88. Characterization of electron-deficient chemical bonding of diborane with attosecond electron wavepacket dynamics and laser response. Takehiro Yonehara and Kazuo Takatsuka, Chem. Phys. 366, 114-128 (2009). (special issue for molecular attosecond dynamics).
  89. Electron-wavepacket reaction dynamics in proton transfer of formamide.  Kengo Nagashima and Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem A, (Aquilanti Festschrift), 113, 15240-15249 (2009). 
  90. Optical conversion of conical intersection to avoided crossing.   Yasuki Arasaki and Kazuo Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys. (Communication), 12, 1239-1242 (2010).　
  91. Time-resolved photoelectron spectroscopy of wavepackets through a conical intersection in NO2.   Y. Arasaki, K. Takatsuka, K. Wang, and V. McKoy, J. Chem. Phys. 132, 124307 (10 pages) (2010).
  92. Non-Born-Oppenheimer quantum chemistry on the fly with continuous path branching due to nonadiabatic and intense optical interactions. Takehiro Yonehara and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 132, 244102 (17 pages) (2010).
  93. Path integrals for nonadiabatically-coupled electrons and nuclei in molecules: Force analysis for branching nuclear paths and conservation laws.  Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka, Phys. Rev. A 81, 052514 (16 pages) (2010).
  94. Exploring dynamical electron theory beyond the Born-Oppenheimer framework: From chemical reactivity to non-adiabatically coupled electronic and nuclear wavepackets on-the-fly under laser field. Kazuo Takatsuka and Tahehiro Yonehara, Phys. Chem. Chem. Phys. (Perspective) 13, 4987-5016.
  95. Information of electron dynamics embedded in coupled equations for femtosecond nuclear wavepackets.  Kazuo Takatsuka, in “Quantum Dynamic Imaging” (Springer, A. Bandrauk and M. Ivanov, Ed., 2010, page 191-213).  (invited and reviewed)
  96. Monitoring the effect of a control pulse on a conical intersection by time-resolved photoelectron spectroscopy.  Y. Arasaki, K. Wang, and V. McKoy, K. Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys. accepted for publication. Phys. Chem. Chem. Phys., in press   DOI:10.1039/C0CP01358
  97. Reply to "Comment: On the Persistence of Conical Intersections under Perturbations" Y. Arasaki and K. Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 4756-4758 (2011).
  98. A generalization of the coherent state path integrals and systematic derivation of semiclassical propagators.   Shin-ichi Koda and Kazuo Takatsuka, Phys. Rev. A, 83, 032117 (12 pages) (2011).
  99. Fundamental Approaches to Nonadiabaticity: Towards a Chemical Theory beyond the Born-Oppenheimer Paradigm.　Takehiro Yonehara, Kota Hanasaki, Kazuo Takatsuka, Chemical Reviews, 112, 499-542 (2012), invited and reviewed. 　
  100. Controlled Dynamics at an Avoided Crossing Interpreted in Terms of Dynamically Fluctuating Potential Energy Curves.　Simona Scheit, Yasuki Arasaki, and Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem. A, 116, 2644–2653 (2012). 
  101.  Dynamical electron mechanism of double proton transfer in formic acid dimer.　Michihiro Okuyama and Kazuo Takatsuka, BCSJ, 85, 217-227 (2012).
  102. Time-resolved high-harmonic spectroscopy of nonadiabatic dynamics in NO2.　P. M. Kraus, Y. Arasaki, J. B. Bertrand, S. Patchkovskii, P. B. Corkum, D. M. Villeneuve, K. Takatsuka, and H. J. Woerner, Phys. Rev. A, 85, 043409 (5 pages) (2012).
  103. Nuclear and electron dynamics from femto- and subfemto-second time-resolved photoelectron angular distributions.　Yasuki Arasaki, Kwanghsi Wang, Vincent McKoy, and Kazuo Takatsuka, J Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 45, 194006 (11 pages) (2012).　Invited to LabTalk presentation for this paper.
  104. Early-Stage Dynamics in Coupled Proton-Electron Transfer from π-π∗ State of Phenol to Solvent Ammonia Clusters: An Electron Dynamics Study.　Kengo Nagashima and Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem. A. 116, 11167-11179 (2012).  J. Manz Festshrift.
  105. Electron wavepacket dynamics in highly quasi-degenerate coupled electronic states: A theory for chemistry where the notion of adiabatic potential energy surface loses the sense. 　Takehiro Yonehara and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 137, 22A520 (13 pages), (2012). (DOI: 10.1063/1.4742155)
  106. Herzberg-Longuet-Higgins phase of conical intersection in path-branching representation for nonadiabatic electron dynamics　Takehiro Yonehara and Kazuo Takatsuka, J. Phys. Chem. A accepted for publication. (2013)
  107. Pulse-Train Photoelectron Spectroscopy of Electronic and Nuclear Dynamics in Molecules　Yasuki Arasaki and Kazuo Takatsuka, ChemPhysChem, accepted for publication (2013)
  108. Induced photoemission from nonadiabatic dynamics assisted by dynamical Stark effect　Yasuki Arasaki, imona Scheit, Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys (2013)

 

 

 

 

 

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