π-d系の理論的解析,純有機磁性伝導体のモデル化と量子化学的DMRG法の開発

• Project/Area Number: 03J04302
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 機能・物性・材料
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 谷口 岳志 大阪大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 電荷移動錯体 / 分子磁性・伝導体 / 密度汎関数計算 / 統計力学計算 / 有効交換積分 / 電子移動積分 / マルチスケール / 物質設計 / スピロビスフェナレニル / スピン分極密度汎関数法 / ドナーラジカル・アクセプタ系 / ハバード模型 / ハイゼンベルク模型 / DMRG / ALPS / 有機磁性伝導体 / ab initio MO法 / フェナレニル / 光誘起磁性体 / フェニルアンスラセン

Research Abstract

(BDTA)[Ni(mnt)_2](BDTA:1,3,2-ベンゾジチアゾリル,mnt:マレオニトリルジチオレート)は電荷移動(CT)錯体である.X線結晶構造解析に基づき,まずCTの起こる分子対で安定なものを特定し,次にそれらの対に関して分子間の有効交換積分(J)値を第一原理的に計算した.分子間磁気的相互作用は、b軸に172cm^<-1>という値を持ち,ca方向には-1.5cm^<-1>であった.その強磁性的相互作用の原因は,スピンサイト間の軌道の重なりが消失して,交換相互作用の効果のみが残っていることである.一次元周期境界条件を附した密度汎関数計算から,実験的に得られたCTが主にca平面方向であることが,定量的に裏付けられた.得られたJ値を用から帯磁率を計算すると,5K以上で実験とほぼ一致する結果となった.さらに他の組合せについても解析した.
このように,分子磁性体の性質をミクロスケールの相互作用に基づいて解析し,得られた相互作用のパラメータを用いてマクロスケールの観測量を再現するというプロセスを体系化し,実践した.ミクロスケールの相互作用は密度汎関数計算を用いて評価し,マクロスケールの観測量は密度行列繰り込み群(DMRG)法や量子モンテカルロ(QMC)法によって算出してきた.(ただし,QMCの適応範囲はDMGRより広いので,大抵はこちらを用いる方がよい.)このようにミクロ・マクロの両方のスケールについて高精度の数値計算が可能であるので,実在系の解析のみならず分子性物質の性質の予測といった物質設計にも用いることができる.

Research Products

• [Journal Article] A hybrid density functional study of the one-dimensional ferromagnetic ordering of (BDTA)[Ni(mnt)_2] (2006)
  • Author(s): T.Taniguchi et al.
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 420 Pages: 397-397
• [Journal Article] A theoretical study of the change in the magnetism of diethyl-spirobiphenalenyl (2006)
  • Author(s): T.Taniguchi et al.
  • Journal Title: Chemical Physics Letters (accepted)
• [Journal Article] Possibilities of molecular-based Spintronics of DNA Wires, Sheets and Related Materials (2005)
  • Author(s): T.Kawakami, T.Taniguchi et al.
  • Journal Title: International Journal of Quantum Chemistry 105 Pages: 655-655
• [Journal Article] A quantum chemical study of magnetic interactions in phenazine- derivatives: for the chemical- or photo-induced organic magnets (2005)
  • Author(s): T.Taniguchi, et al.
  • Journal Title: Synthetic Metals (in press)
• [Journal Article] A Theoretical Study of Electronic Structures and Intermolecular Magnetic Interactions for Spiro-biphenalenyls (2005)
  • Author(s): T.Taniguchi, et al.
  • Journal Title: Polyhedron (in press)
• [Journal Article] Possibillties of magnetic modification of DNA wires, sheet, and related materials (2005)
  • Author(s): K.Yamaguchi, T.Taniguchi, et al.
  • Journal Title: Polyhedron (in press)
• [Publications] Takeshi Taniguchi et al.: "THEORETICAL STUDIES OF INTRA- AND INTERMOLECULAR MAGNETIC INTERACTIONS OF ORGANIC POLYDRADICALS WITH S=1,2/3 AND 2 SPIN SITES"Synthetic Metals. 133-134. 585-587 (2003)
• [Publications] Takeshi Taniguchi et al.: "Theoretical study on model clusters for pure organomagnetic conductors"Synthetic Metals. 137. 1261-1262 (2003)
• [Publications] Takeshi Taniguchi et al.: "Theoretical Study on Pure Organomagnetic Conductors with Model Clusters"Polyhedron. 22. 2039-2043 (2003)
• [Publications] Takashi Kawakami et al. (第2著者): "Theoretical analysis of magnetic parameters between donors in BEDT-TTF, BETS, TMTTF and TMTSF crystals"Polyhedron. 22. 2051-2065 (2003)
• [Publications] Takashi Kawakami et al. (第2著者): "Theoretical Studies on Magnetic Interactions in Many Types of Organic Donor Salts BEDT-TTF, BETS, TMTTF and TMTSF"Synthetic Metals. 22. 1259-1260 (2003)
• [Publications] Mistuo Shoji et al. (第2著者): "Hybrid Density-Functional Theory Stodies on Stable Polycarbenes"Polyhedron. 22. 2067-2076 (2003)