分子-固体、分子-ナノ粒子界面での電子励起と超高速電子ダイナミクス

Research Project

Project/Area Number	16750004
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Physical chemistry
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	中村恒夫東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30345095)
Project Period (FY)	2004 – 2006
Project Status	Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help	¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000) Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2004: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Keywords	非平衡グリーン関数 / 表面 / 電子移動 / 光化学 / マーカス理論 / 密度汎関数法 / 光化学反応 / 金属表面
Research Abstract	非平衡グリーン関数法に基づいた、固体表面での光化学反応の理論構築を行い、あわせて第一原理計算スキームを確立した。従来の(光)電子移動反応論がマーカス理論に基づいた運動論であるのに対し、今回提唱された理論は純然たる量子多体理論に基づいており、金属表面での電子移動に顕著であるコヒーレントな場合にたいしても有効な運動論に対する。また、反応速度定数の光波長依存性を明示的に求める表現式を導き、光励起電子のトンネリングダイナミクスとの関係を明らかにした。とくに強調すべき点として、界面系が持つ半無限性を恣意的な系の分割を必要とせずに取り込むことができるため、金属表面、ナノ粒子への適用が可能であることが挙げられる。加えて、密度汎関数法の第一原理計算プログラムパッケージにこれを組み込み実装化した。計算応用として、Ag(111)表面でのNOの光脱離反応に適用し微視的メカニズムの解明を試みた。具体的にはKiddらのグループにより観測された光脱離反応確率を計算し、光学活性種が二量体であり、anti-bondingπ*軌道が唯一の共鳴準位として存在すること、反応確率の振動数依存性が単純に銀の吸光度で決定されるのではなく、電子移動中での電子散乱によるキャリア生成や多次元トンネリングなどの競合過程も重要なファクターであることなどを明示した。また、単一共鳴準位であるにもかかわらずその準位の空間的性質から脱離チャンネルは複数のものと結合している可能性を示唆しており、電子移動後のエネルギー変換過程の存在を指摘した。