高い状態密度で複数のスピン状態がある遷移金属錯体の励起状態では，しばしば超高速で複雑な緩和ダイナミクスが起こる．本稿では，スピン状態変化を伴う鉄(II) 錯体の非断熱的な緩和過程を解明するためのモデル有効ハミルトニアンの構築方法、ならびに構築したモデル有効ハミルトニアンを用いた分子動力学シミュレーションの計算例を紹介する．

21 世紀に開発されたアト秒（10⁻¹⁸ 秒, as）レーザーパルスは, 化学反応の駆動力となる分子内電子移動を観測する手段であると同時に, それを誘起する強力な道具でもある. 本稿では, 分子内電子移動のモデルケースとして, 芳香族分子の環電流を取り上げる. 偏光を適切に調整した超短レーザーパルスを芳香族分子に照射することで, 静磁場の印加より短時間で強い環電流を発生させ, その方向も制御することができる. 骨格振動との非断熱結合を通して, アト秒スケールの光誘起環電流を振動分光で観測する可能性も提案する.

著者はこれまで，ナノ素子・ナノ複合体・高次ナノ構造体に光励起された電子・正孔・励起子が発現する新しいタイプの光励起ダイナミクスについて，電子－フォノン相互作用まで考慮しながら追究する非断熱第一原理分子動力学法を独自開発し，それらの背後にある基礎原理を解明することで，革新的光機能を創成しうる新規ナノ操作性の提案までを行ってきた．本稿では，手法の概要を解説し，具体的な研究事例をいくつか紹介したい．

多配置エーレンフェスト（MCE）法は，従来のエーレンフェスト動力学法の欠点を克服する一つの方法である．本稿では，特に多原子分子の電子励起状態動力学シミュレーションへの適用を目指して筆者らが開発を行ってきたon-the-fly シミュレーション法であるAI-MCE 法を概説し，その応用例について述べる．

近年発表されたExact Factorization 理論[1,2]は，電子と原子核が相関して運動する系に対して，それぞれの厳密な時間依存シュレディンガー方程式を与える．それぞれのシュレディンガー方程式は時間依存のポテンシャル演算子をハミルトニアンに持ち，これらが電子・原子核相関を厳密に取り込んでいる．これらの厳密なシュレディンガー方程式を基にして，新しい電子・原子核相関ダイナミクス計算手法の開発が可能である．

物質中の電子の運動を直接観測, 制御するアト秒科学を筆頭に, 超短パルス高強度光源を活用した超高速・高強度場科学が急速に発展している. 実験技術の高度化に駆動され, 電子運動の時間スケール(アト秒～フェムト秒) での多電子ダイナミクスや動的電子相関への関心が高まっている. 本稿では高強度レーザー場中の多電子ダイナミクスを第一原理的に計算する時間依存多配置波動関数理論の基礎について解説する.

非断熱遷移を伴う分子の光化学反応では，多くの場合電子励起状態が複数存在し，それらをバランスよく記述することが反応の遷移ダイナミクスを明らかにする上で重要となる．特に近年，実験的にフェムト秒オーダーのダイナミクスが測定可能になったことで，これらの実験結果と直接比較可能なシミュレーションの手法を確立することが求められている．本稿では，そのようなアプローチとして高精度電子状態計算と非断熱ダイナミクスの手法を組み合わせたAIMS 法を紹介し，さらに得られたトラジェクトリから時間分解光電子スペクトルを計算する方法を解説する．また，実際の分子への適用例を示し，ポテンシャル面の精度の重要性などについて議論する．

本稿では，大規模系の非断熱量子ダイナミックス計算が可能なMulti-Configuration Time-Dependent Hartree （MCTDH）法とその光電変換系への適用に関して解説する．電子と振動モードの量子性を考慮したモデルにより．有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリー電荷生成におけるホットCT 機構の役割を明らかにした．また，有機結晶中のシングレット・フィッションの量子ダイナミックを検討した．

分子シミュレーションには，Newton 方程式に基づいて分子の動力学を解析するものから，モンテカルロ法のように分子の動力学は解析できないものまで様々あります．では，非断熱遷移現象をシミュレートする際によく用いられるサーフィス・ホッピング法の軌道は分子の動力学として信じられるでしょうか？これが本稿に通ずる問題意識です．筆者らは，非断熱経路積分と半古典近似を用いて，量子力学の厳密な時間発展には断熱ポテンシャル間をホッピングする古典的軌道がたしかに隠されていて，それが非断熱遷移において重要な軌道であることを数理的に示しました．本稿では，このサーフィス・ホッピング軌道に関する考察と非断熱経路積分の入門を紹介します．

本稿ではまず,非断熱動力学について簡単な説明を行い,反応に沿った電子の量子動力学を扱う為の非断熱波束分岐理論,その近似としての非断熱平均場動力学について概説する．次いで,分子運動に対する電子波動関数の高度な非断熱性が期待される,ホウ素クラスターの高擬縮重励起状態を取り上げ,出現する電子揺らぎと外場を利用した新規反応場及び反応経路の開拓に向けた試みを紹介する．

粗視化分子動力学法(CGMD)を用いて，エポキシ樹脂の架橋反応，およびガラス転移温度Tg の評価を行った研究を紹介する．分子を粗視化する際には，全原子MD の動径分布関数を良く再現するように粗視化ポテンシャルを構築した．全原子MD とCGMD でTg を評価し，反応率とTg には相関があり，反応率が高いほどTg は高くなることを示した．また，壁面がある場合には，壁面近傍でエポキシと硬化剤の割合に偏りが生じ，反応率が低くなり，局所的に定義されたTg が低下することを示した．

2011 年に起きた福島第一原子力発電所の事故により放出された放射性セシウムは，主に風化黒雲母に固定されていると報告されている．放射性セシウムに汚染された除去土壌の減容技術の開発には，風化黒雲母をはじめとする粘土鉱物におけるセシウムの吸脱着機構に関する原子・分子レベルの知見が必要である．本稿では，第一原理分子動力学を基にしたメタダイナミクスシミュレーションにより粘土鉱物におけるアルカリ金属イオンの吸着状態を系統的に調べた結果を紹介する．