2021 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical study of ultrafast dynamics of photons, electrons, and spins in single molecule junctions
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21K14481
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
三輪 邦之 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (60734390)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ナノ光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノメートルスケールのギャップを持つ金属構造の間に単一の分子が配置された系（単一分子接合系）における光・電子・スピンのダイナミクスを明らかにするための理論研究を推進した。今年度は、スピン軌道相互作用（SOI）の影響が顕著に現れ得る、原子番号の大きな遷移元素を含んだ金属錯体に着目して、走査トンネル顕微鏡のトンネル電流に誘起される発光（走査トンネル顕微鏡発光）において進行する光・電子・スピンのダイナミクスについて理論解析を行った。まず、分子のどの電子状態が走査トンネル顕微鏡発光に関与しているかを特定するために、密度汎関数理論（DFT)および時間依存DFT（TDDFT）に基づく第一原理計算を利用して、分子の電子状態のエネルギーを求め、解析を行った。次に、関与する各電子状態における分子振動構造、振電子相互作用の大きさ、さらには、分子のスピン一重項励起状態およびスピン三重項励起状態からの発光である蛍光および燐光のレートといった、ダイナミクス解析に必要なパラメータを決定した。単一分子からの走査トンネル顕微鏡発光について、SOIを取り入れた定式化を行い、前述の解析で抽出したパラメータを援用して計算を行った。対応する実験研究における測定結果との比較を行い、理論の妥当性を検証した。得られた結果をもとに、SOIがダイナミクスに与える影響や、分子と外部の環境（電極、近接場光）の相互作用がダイナミクスに与える影響について解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スピン軌道相互作用を考慮した第一原理計算に基づく解析の実施とダイナミクス解析のための理論の構築が完了し、研究が進展しているため、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
光、電子、スピンのダイナミクスを実時間で追跡するために、これまで定常状態を対象に構築してきた理論を発展させる予定である。また、スピン一重項励起状態とスピン三重項励起状態が関与する現象について研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
主に旅費の使用額が当初計画していた額を大きく下回ったため、次年度使用額が生じてしまった。これは新型コロナウィルス感染症蔓延の影響により、当初は現地開催が予定されていた学会について、開催形式がオンライン開催へと変更されるなど、確保していた旅費を予定通り使用できない状況が続いたのが原因である。次年度もこのような状況は続くと思われるが、研究成果のアピールや最新の研究動向の調査、現在進めている研究の進展などを目的に研究機関への出張を、国内の感染症流行状況に配慮しつつ行うなど、学会参加の代替になり得る方法を取り入れて対応する予定である。
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Research Products
(3 results)
