2016 Fiscal Year Annual Research Report
Nano-optics theory of light energy conversion and its application to design of broadband visible light responsive nanostructures
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25288012
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
信定 克幸 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 准教授 (50290896)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安池 智一 放送大学, 教養学部, 准教授 (10419856)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 近接場光 / 光触媒 / ナノ光応答 / 分子物理 / 計算物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで独自開発を行ってきた実時間・実空間光励起電子ダイナミクス法（Grid-based Coupled Electron and Electromagnetic field Dynamics: GCEED）の超並列化と計算機能の高度化を進め、GCEEDを用いた物質系の電子状態解析、光励起電子ダイナミクスの解明を行った。具体的には、平成27年度にモデル解析に基づいて見出した近接場光による二倍波励起を実在系で第一原理計算に基づいて実証することを行った。パラジニトロベンゼンやIRMOF-10/アセチレン複合系の二倍波励起の計算を行い、振動数ωの入射近接場光に対して2ωの二倍波が発生し、その二倍波を使って物質系を効率的に励起できることを実証した。この二倍波励起は通常の二光子励起とは根本的に異なる物理メカニズムで起こっており、二倍波励起の方が励起効率は数桁程度も高いことを明らかにした。これらの理論計算結果は、紫外線帯域にバンドギャップ（HOMO-LUMOギャップ）を持つ物質系を可視光で励起出来ることを示しており、可視光応答型の光高機能物質やデバイスを設計するための極めて有用な知見を与える。
複数の物質が層状に積層しているヘテロ界面電子系では、その界面領域の電子状態の特異性が原因となり、物質単体では見られない新規電子物性やその電子物性に起因する高い機能が発現することが期待されている。しかし、その理論的・計算科学的研究は非常に遅れている。そこでGCEEDの計算機能の高度化を行い、これらヘテロ界面電子系を対象としてその定常電子状態解析と電圧印加下での電子物性の解明を行った。界面数原子層の電子状態がヘテロ界面の電子物性を大きく左右し、また電圧を変化させることによって電子状態を制御できることを実証した。
また、当該研究の成果報告として、独自開発したGCEEDをWebページ上で公開した。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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