Computational elucidation and design of luminescent organic elastic crystals

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05443
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Katouda Michio 早稲田大学, 理工学術院, 客員主任研究員 (60390671)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 有機物理化学 / 計算化学シミュレーション / エラスティック有機結晶 / 弾性特性 / 光吸収特性 / 結晶構造予測 / 密度汎関数理論計算 / 分子動力学シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

The atomic-level physical mechanisms of the elasticity and mechanochromic behavior of organic molecular crystals were elucidated using the first-principles density functional theory calculations. An automated scheme and software for exploring the high-performance elastic and light-absorbing organic molecular crystals were developed by combining computational chemistry simulations and machine learning technology. By utilizing the knowledge on the elasticity and mechanochromic behaviors and the simulations system obtained in this study, novel elastic organic molecular crystals were explored, and design guidelines were investigated.

Free Research Field

計算化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義として、計算化学シミュレーションと機械学習を活用することにより、エラスティック有機分子結晶の「マクロ」な弾性特性とメカノクロミック特性といった物理的現象を「ミクロ」な原子・電子レベルでの物理的機構、および解明し合理的分子デザイン指針を解明したことが挙げられる。
社会的意義として、本研究で開発した有機分子自動探索システムと合理的分子デザイン指針は、産業応用を含む新規発光性エラスティック有機結晶材料の探索・開発の際に活用することができ、近い将来には産業競争力向上や低環境負荷対策にも資することが挙げられる。