2019 Fiscal Year Annual Research Report
Prediction and control of quantum interference phenomena in molecular assemblies
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17K14440
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
辻 雄太 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (80727074)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子干渉 / 芳香族性 / 分子ワイヤー / グリーン関数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、「分子集合体における量子干渉現象の予測と制御」を目的として研究を進めてきた。本年度はその目的の達成において重要な役割を果たす量子干渉の化学的な解釈の確立のために芳香族性との関連に着目して研究を行った。
π共役単一分子は、バルクの金属にはない特異な電子輸送特性を持っており、そのような性質を利用したナノスケールの電子部品の理論的提案が行われている。実際にそれらの電子部品を利用するためには単分子のワイヤーを用いて電子回路を作成する必要がある。単純な系として、我々は並列回路を考えた。古典的な並列回路のコンダクタンス（抵抗の逆数）は、Kirchhoff の法則により各抵抗におけるコンダクタンスの和に等しいことが知られている。ナノスケールの場合、量子力学的な効果（量子干渉効果）を無視することができなくなり、波動関数の重ね合わせによる干渉項を含んだ形となり、並列回路の各経路が同じ長さの場合はKirchhoff の法則で算出される値よりも大きくなる（強め合いの干渉が起こる）。一方で、いくつかの実験的研究から、同じ分子骨格を持っていても、環状分子の芳香族性の有無によりコンダクタンスが変化するということが明らかになっている。この結果を鑑みると、単分子が並列回路のグラフとして理解される状況において、並列回路の法則が成り立たないケースが出ると考えられる。そこで本研究では、非平衡Green 関数法及びフロンティア軌道理論に立脚した量子化学計算を用いて、並列回路として理解される分子グラフが芳香族性と関連する場合および非芳香族性と関連する場合に系を分けて、コンダクタンスの計算及び解析を行った。その結果に基づき、分子集合体のモデル系であるπスタック系の伝導挙動の解析を行い、外場によってその伝導挙動が制御可能であることも明らかにした。
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