2016 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of the concerted effects of electrons and molecular motions in the response of hydrogen-bonding liquid systems to terahertz radiation
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25410008
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
鳥居 肇 静岡大学, 教育学部, 教授 (80242098)
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2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 水素結合 / テラヘルツ / 強度 / 協奏的効果 / 理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分光シグナルを解析するための理論的基盤，特に強度生成メカニズムに関わる理論的基盤の構築は，テラヘルツ分光において特に重要性が高い。本研究では，対象系を「水の純液体」から広げて多くの興味深い液相水素結合系を対象とし，テラヘルツスペクトルの強度生成に関わる「電子と分子運動の協奏的効果」を理論的に解析した。
研究期間全体を通して，主として以下のことを明らかにした。（１）分子運動による電子密度変化を，水クラスターを対象としたDFT計算に基づいて解析し，分子並進に関わる分子部分電荷微分の水素結合長に対する依存性を解析した。この効果と，分子間静電相互作用による分極の効果を取り入れながら，古典MDをベースにスペクトルを計算できる手法を考案し，実際に計算を実施することにより，スペクトル上において水素結合の欠陥・動的揺らぎの効果がどのように現れるのかを，スペクトルの温度依存性の起源とともに，明らかにした［H25］。（２）分子運動に伴って起こる「水素結合を介した分子間の電荷移動」を的確に評価する手法として，面外双極子微分を利用する手法の電子構造的基礎を確立した。さらに，分子並進運動による分子間の電荷移動は，水分子間のものよりも，ペプチド－水間のものの方が大きいことも，明らかにした［H26］。（３）水クラスター系およびペプチド－水クラスター系を対象に，水素結合構造と強度の関係を詳細に検討した。単に水素結合の本数というよりも，むしろ水素結合受容分子の角度位置が，テラヘルツ強度と良く相関していることを明らかにした［H27］。（４）ペプチドに近い分子系として，ホルムアミド二量体を対象に，分子の並進・回転運動に伴う「水素結合を介した分子間の電荷移動」を解析し，水分子の場合との類似点と相違点を明らかにした。これは，MDとの組み合わせによるスペクトルシミュレーションに繋がる結果である［H28］。
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