PM3

PM3法について

PM3（Parameterized Model Number 3）は、計算化学の分野において分子の電子構造を量子計算で解析するための半経験的手法の一つとして位置づけられています。特に、この手法は原子間の相互作用を考慮しつつ、計算の効率性を高める目的で開発されました。PM3は、NDDO（Neglect of Diatomic Differential Overlap）という積分近似に基づいており、これによって計算負荷を軽減し、実践的な用途に適した手法となっています。

PM3法は、AM1（Austin Model 1）という別の半経験的手法と同様の基本形式および方程式を用いていますが、いくつかの違いがあります。まず、コア反発関数について、PM3では二つのガウス関数を用いるのに対し、AM1では使用するガウス関数の数が元素によって異なり、1から4つまでとなります。また、パラメータの数値も異なり、これが両者の性能や利用可能なデータに影響を及ぼします。PM3は、特定の分光測定から得られたデータではなく、最適値として処理されるパラメータに依存していることが特徴です。

この手法は、著名な計算化学者J. J. P. Stewartによって1989年に発表され、その後多くの関連手法と共にMOPACプログラムに実装されることとなりました。MOPACの古いバージョンは公共の領域にあり、多くの研究者が利用しています。また、PM3法はGAUSSIAN、CP2K、GAMESS（USおよびUK版）、PC GAMESS、Chem3D、AMPAC、ArgusLab、BOSS、SPARTANなど多くの他の計算化学プログラムにも実装されています。

オリジナルのPM3のパラメータは、主にH、C、N、O、F、Al、Si、P、S、Cl、Br、Iなどの元素を含む設計がされています。特に、SPARTANに搭載されたPM3は、遷移金属に関連する計算を支援するための拡張を追加しており、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Gdなどの元素が含まれています。これによって、PM3法は金属のパラメータ化にも柔軟に対応できるようになっています。

加えて、ランタノイド錯体に特化したSparkle/PM3というモデルも導入されており、これは特定の化合物や構造に対してより精密な計算を可能にしています。PM3法は、計算速度と精度のバランスが取れた手法として、多くの研究や産業界で広く採用されています。

参考文献

Stewart, J. J. P. (1998). "PM3". Encyclopedia of Computational Chemistry. Wiley. ISBN 978-0471965886

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