Mathematical chemistry for controlling super-degeneracy and its application to next-generation materials design

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15501
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Haruta Naoki 京都大学, 福井謙一記念研究センター, 特定助教 (90784009)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 縮退 / 力学的対称性 / 数理化学 / 密度汎関数理論 / 金属クラスター

Outline of Final Research Achievements

We constructed a novel type of shell model based on orbital splittings and shifts according to the shapes of polyatomic clusters. This theoretical model enables us to predict various stable clusters and unveils a certain periodicity behind clusters. Additionally, we succeeded in finding some super-degenerate substances, including non-tetrahedral cluster X8 and two-dimensional ones. We are now applying a mathematical approach based on Lie algebra to a series of super-degenerate substances.

Free Research Field

理論化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今回見出したクラスターの周期律は、元素よりも高次の物質における基本原理を明らかにしたものであり、メンデレーエフの元素周期表とも比肩しうる成果と考えられる。またこれは基礎的に重要なだけでなく、クラスター材料の自在設計につながるという意味で応用的にも重要である。特に、超縮退を発現するクラスターは、電気伝導性や磁性など、縮退度の制御が鍵となる電子物性分野で多大なインパクトを与えるものと考えられる。