2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an electron correlation theory for excited states of molecular aggregates
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19H02675
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
倉重 佑輝 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30510242)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電子状態理論 / 量子化学計算 / 励起状態計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度までに開発した定量的な分子集合系の有効ハミルトニアンを構築するためのエネルギー準位・透熱結合の計算方法を用いて、有機半導体中の光電変換現象における一重項分裂やそれを中継する電子移動励起状態や三重項二量体状態の解析を行った。これらの状態は光との相互作用が弱いため直接観測することが困難な複合励起状態であり、高精度量子化学計算による精密な解析が重要であり、まず検証のために実験的にも構造を規定することが容易なスペーサー分子を介して共有結合で結ばれた連結オリゴアセン分子に対して本手法を適用して一重項分裂の遷移速度の見積もりを行なった。その結果、実験から予測される遷移速度と予測結果の良い一致を確認できた。また本計算のようにスペーサー分子にπ共役部位が含まれる場合は、スペーサー分子のπ軌道も活性軌道として取り扱う必要があるため従来の多配置理論で取り扱うことは困難であるが、本理論ではスペーサー分子を新たな局在活性空間として取り扱いその基底状態との直積状態のみを有効ハミルトニアンの基底に加えることにより圧倒的な効率化を実現できた。またこれらの連結オリゴアセン分子では分子性結晶中では効果的であった電子移動励起状態の効果やHOMO, LUMO軌道の位相の効果はほとんどないことが確認できた。構築した有効ハミルトニアンをもとに核波束の時間発展を計算するために調和近似のもと各状態のポテンシャルエネルギー曲面を算出して線形振電相互作用モデルを構築した。核波束の次元は原子の自由度に対して指数関数的に増大していくため適用は少数原子系に限られていたが核の波動関数を低ランクな行列積状態で表現する新たな波束伝播法により、連結オリゴアセン系のような応用に重要な分子系への適用を可能にした。これにより本研究の分子集合系の励起状態を分子レベルで定量的に解析する手法を構築することができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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