研究課題
基盤研究(B)
デンドリティック系を含む超分子系のレーザー光との相互作用(非線形光学特性を含む)に関して、現論、計算に基づきは様々な物理化学現象の解明を行った。成果を以下に示す。1.まず、デンドリティック系のような多状態からなるモデルと様々な量子場との相互作用を扱う一般的な方法論の開発と非線形光学効果である多光子過程がダイナミクスに及ぼす効果を中心に研究を行った。特に、このようなダイナミクスでは注目する系とまわりの環境や系の分子振動あるいは系内の要素間の衝突などに起因する緩和の効果がダイナミクスに与える影響は非常に重要であるので、このような散逸量子現象を扱う新しい方法論の開発とダイナミクスを中心に研究を行った。2モード量子場との相互作用している2量体系において、2光子過程に起因する分子系の励起状態ポピュレーションのcollapse-revival(崩壊-復活)現象が分子間双極子相互作用により、顕著にその振幅や復活時間が変化することを見いだした。また、分子系の純粋位相緩和およびポピュレーション緩和は、著しく分子状態間コヒーレンシーを破壊することが判明し、非線形光学特性を減少させることが予想される。さらに、デンドリティツク系ではエキシトン緩和レートの影響および外場の量子統計性がこのような掘る舞いに及ぼす効果を検討している。2.物質の構造と機能との関係の解明に重点を置き、デンドリティック系の特徴の1つである光エネルギー収集機能(エキシトン移動)とその影響を含む動的非線形光学効果について研究を行った。分子振動とエキシトンとのカップリングを考慮した分子集合体1エキシトンモデルの非線形光学スペクトル計算法を開発し、ナノスターデンドリティック分子集合体系についてエキシトン移動の非線形光学スペクトルに及ぼす影響を調べた結果、エネルギー移動に伴うエキシトン状態間の純粋位相緩和が非線形光学スペクトルの幅を著しく増大させることが明らかになった。集合体だけでなく、デンドリマーを直接扱えるab initio MO法に基づく量子マスター方程式法も開発し、エネルギー移動の原因が、そのフラクタル構造、メタ接含部だけでなく、接合都をπ共役が部分的に貫通していることにあることを明らかにした。さらに、実際のデンドリティック系を構成するユニットとして未開拓の開殻分子系を考え検討を開始したが、その3次非線形光学効果が開殻の程度に顕著に依存する特異な性質をもつことを理論的に予測した。本研究課題から派生した結果であるが、新規の非線形光学物質系(分子集団および超分子系)として新たな領域になる可能性が高く、今後の研究が期待される。
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