2020 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical Study of Spin Crossover Dynamics and Cooperativity in Transition-Metal Complex Crystals
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18K14234
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
安東 秀峰 山形大学, 理学部, 講師 (00754946)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 遷移金属錯体結晶 / イオンの細孔内運動 / 電子状態 / 核波動関数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は金属錯体結晶に着目し、電子と原子核の量子状態がいかに関連付いて巨視的物性を発現するか、理論的に解明することを目指している。令和二年度は、結晶骨格の電子・スピン状態変化と内包イオンの運動に注目した三つの研究を実施した。すなわち、(1)プルシアンホワイトにおけるアルカリ土類金属イオンの伝導経路と結晶骨格の電子・スピン状態の関連、(2)プルシアンブルー類似系Cu-Fe PBAにおけるヤーン・テラー歪みとアルカリ金属イオンの細孔内運動の関連、(3)フーリエ・グリッド法とリスタート付ランチョス法を組み合わせた独自の核波動関数計算プログラムの拡張とLi内包フラーレン結晶への応用である。これらはイオン二次電池や分子メモリ、量子ビット等に関する基礎的知見を与えるものである。
(1)と(2)では、エネルギー的に安定なイオン伝導経路を量子化学計算により突きとめ、差スピン密度図を用いて結晶骨格の電子・スピン状態の変化を可視化した。特に(2)では、ヤーン・テラー歪みがイオン伝導経路に顕著に影響すると分かった。次年度は、エネルギー分割法や非共有結合相互作用（NCI）法により相互作用を可視化し、論文に取り纏める。
(3)では、内包イオンの量子化された並進運動を記述する理論プログラムを拡張・応用した。伝統的なエネルギー分割法を核波動関数へ拡張することで、どのような相互作用が核波動関数の安定化・局在化へつながるか検討可能になった。ヘキサフルオロリン酸イオンが六配位したLi内包フラーレン結晶へ応用し、約１００分の１オングストロームの微小な骨格歪みがLi核波動関数を局在化させる絡繰りを解明した。また実験のテラヘルツ域吸収スペクトルを理論的に帰属すべくプログラムを実装し、現在計算中である。モデル系として内包フラーレンをとりあげたが、DFTB法等と組み合わせることで金属錯体結晶への応用も視野に入る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和二年度を最終年度とし、国際学会での口頭発表や錯体化学分野の学術誌での成果公表を予定していた。新型コロナの感染拡大のなか、理論プログラムの拡張は順調に進展したものの、参加予定の国際学会が延期され、また研究活動にも遅れが生じた。事業期間を一年延長して、研究課題の完成を目指すこととなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度として、遷移金属錯体結晶中のイオンの運動と電子・スピン状態に関する研究の成果公表を目指す。本研究で開発した核波動関数計算プログラムは、適切なポテンシャルエネルギー面さえ構築できれば、様々な遷移金属錯体結晶のイオン・分子吸着へ応用でき、実験の分光スペクトルを読み解く術を与える。プルシアンブルー系のイオン伝導のポテンシャルエネルギー面について、DFTB法の精度と計算コストを精査し、DFTB法が適用可能な場合、自作のプログラムと組み合わせて内包イオンの核波動関数計算を試みる。
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| Causes of Carryover |
進捗状況欄に記載の通り、コロナ禍における国際学会の延期や研究の遅延をうけて予算を繰り越し、事業期間を一年延長した。繰り越した予算は成果発表と書籍・ソフトウェア購入にあてる。
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