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開殻ナノ構造体の非線形光学応答物性に関する理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 15J04949
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物理化学
研究機関大阪大学

研究代表者

福田 幸太郎  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード開殻性 / 非線形光学 / 電荷移動性 / 非対称性 / 開殻一重項 / 量子化学計算 / π共役分子 / 開殻ナノ構造体 / 芳香族性
研究実績の概要

採用最終年度である本年は、開殻ナノ構造体の高次構造である非対称な電荷移動性に着目し、検討を行った。これは従来対称で電荷移動性の効果が小さい構造に対して検討が主に行われてきた開殻非線形光学物質の設計に非対称性をあらわに導入することに対応する。以下に詳細を示す。
実在ヘテロ原子置換Chichibabin炭化水素骨格へと着目し、その電荷移動性、開殻性、三次非線形光学物性の解明を行なった。これらの系は実在の骨格であり、混合原子価化合物として注目を集めているが、その酸化状態を変化させた、Chichibabin炭化水素骨格と等電子構造を持つ状態の検討はほとんど行われていない。これらの解析を行なった結果、中間的な開殻性が発現する対称系の一重項状態及び閉殻で中間的な電荷移動性が発現する、中間的な非対称性を持つ系の一重項状態において著しく大きな三次NLO物性が発現することが判明した。これはヘテロ原子置換Chichibabin炭化水素が一重項状態において優れたNLO材料となることを明らかにするのみならず、電荷状態によってスイッチ可能なNLO材料の可能性を示す。
次に、非対称ヘテロフェナレニル二量体の解離に伴う電子状態のジラジカル/イオン性因子による定量化と三次NLO物性の変化を検討した。このモデルは分子間距離とヘテロ原子対を変化させることで電荷の非対称性と面間相互作用を自在に制御しながら、ジラジカル/イオン性因子と三次NLO物性の解析を行った。その結果、中間的なジラジカル性のみならず、中間的なイオン性因子の領域において著しい三次NLO物性の増大が見られることを初めて発見した。この結果は従来開殻性の発現する領域のみに限られていた開殻NLO物質の設計指針を閉殻の領域まで拡張することに対応し、さらにその具体的な解析、設計方法の提案を行うことができたという点で当該領域へ与える影響は大きいと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 7件、 査読あり 10件、 謝辞記載あり 10件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] University of Namur(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Oregon(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical Investigation of Curved π-Conjugated Fullerene Flakes: Open-Shell Character, Aromaticity, and Third-Order Nonlinear Optical Property2017

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Fukuda, Jun-ya Fujiyoshi, Yuka Minamida, Takanori Nagami, Hiroshi Matsui, Soichi Ito, Ryohei Kishi, Yasutaka Kitagawa, Masayoshi Nakano, Benoit Champagne
    • 雑誌名

      J. Phys. Org. Chem.

      巻: 30 号: 4 ページ: 1099-1395

    • DOI

      10.1002/poc.3581

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Tuning nonlinear optical properties by diradical and charge transfer characters of Chichibabin’s hydrocar-bon derivatives2017

    • 著者名/発表者名
      K. Fukuda, Y. Suzuki, H. Matsui, T. Nagami, Y. Kitagawa, B. Champagne, K. Kamada, Y. Yamamoto, M. Nakano
    • 雑誌名

      ChemPhysChem

      巻: 18 号: 1 ページ: 142-148

    • DOI

      10.1002/cphc.201601226

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Impact of diradical/ionic character on third-order nonlinear optical property in asymmetric phenalenyl dimers2017

    • 著者名/発表者名
      K. Fukuda, N. Matsushita, Y. Minamida, H. Matsui, T. Nagami, S. Takamuku, Y. Kitagawa, M. Nakano
    • 雑誌名

      ChemistrySelect

      巻: 2 号: 6 ページ: 2084-2087

    • DOI

      10.1002/slct.201700092

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Diindeno-fusion of an anthracene as a design strategy for stable organic biradicals2016

    • 著者名/発表者名
      Gabriel E. Rudebusch, Jose L. Zafra, Kjell Jorner, Kotaro Fukuda, Jonathan L. Marshall, Iratxe Arrechea-Marcos, Guzman L. Espejo, Rocio Ponce Ortiz, Carlos J. Gomez-Garcia, Lev N. Zakharov, Masayoshi Nakano, Henrik Ottosson, Juan Casado and Michael M. Haley
    • 雑誌名

      Nat. Chem.

      巻: 8 号: 8 ページ: 753-759

    • DOI

      10.1038/nchem.2518

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Biradical Balancing Act: Redox Amphoterism in a Diindenoanthracene Derivative Results from Quinoidal Acceptor and Aromatic Donor Motifs2016

    • 著者名/発表者名
      G. E. Rudebusch, J. L. Zafra, M. Pena-Alvarez, G. L. Espejo, S. N. Spisak, K. Fukuda, Z. Wei, M. Nakano, M. A. Petrukhina, J. Casado, M. M. Haley
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 138 号: 38 ページ: 12648-12654

    • DOI

      10.1021/jacs.6b07882

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Third-Order Nonlinear Optical Properties of Asymmetric Non-Alternant Open-Shell Condensed-Ring Hydrocarbons: Effects of Diradical Character, Asymmetricity, and Exchange Interaction2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nakano, K. Fukuda, B. Champagne
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 120 号: 2 ページ: 1193-1207

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b10503

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Open-Shell Singlet Nature and σ-/π-Conjugation Effects on the Third-Order Nonlinear Optical Properties of Si Chains: Polysilane and Poly(disilene-1,2-diyl)2016

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui, K. Fukuda, S. Ito, T. Nagami, M. Nakano
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 120 号: 6 ページ: 948-955

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.5b11895

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Challenging Compounds for Calculating Molecular Second Hyperpolarizabilities: the Triplet State of the Trimethylenemethane Diradical and Two Derivatives2016

    • 著者名/発表者名
      M. Wergifosse, B. Champagne, S. Ito, K. Fukuda, M. Nakano
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 18 号: 9 ページ: 6420-6429

    • DOI

      10.1039/c5cp06547j

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interplay between Open-Shell Character, Aromaticity and Second Hyperpolarizabilities in Indenofluorenes2015

    • 著者名/発表者名
      K. Fukuda, T. Nagami, J. Fujiyoshi, M. Nakano
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 119 号: 42 ページ: 10620-10627

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.5b08520

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Push-Pull Type Oligo(N-annulated Perylene)quinodimethanes: Chain Length and Solvent Dependent Ground States and Physical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Z. Zeng, S. Lee, M. Son, K. Fukuda, P. M. Burrezo, X. Zhu, Q. Qi, R.-W. Li, J. T. L. Navarrete, J. Ding,* J. Casado,* M. Nakano,* D. Kim,* J. Wu,
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 137 号: 26 ページ: 8572-8583

    • DOI

      10.1021/jacs.5b04156

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 非対称フェナレニル二量体が持つ第二超分極率の分子間距離依存性に関する理論研究2016

    • 著者名/発表者名
      福田 幸太郎, 南田 有加, 松井 啓史, 高椋 章太, 永海 貴識, 中野 雅由
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Study on Fullerene Nanoflakes as Curved Open-Shell π-Conjugated NLO Systems2016

    • 著者名/発表者名
      K. Fukuda, J. Fujiyoshi, T. Nagami, R. Kishi, M. Nakano
    • 学会等名
      The International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals in 2016(ICSM2016)
    • 発表場所
      GuangZhou(China)
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical investigation of open-shell nature and magnetic shielding tensor of polyacene and dicyclopenta-fused acene2016

    • 著者名/発表者名
      K. Fukuda, J. Fujiyoshi, M. Nakano
    • 学会等名
      2nd International Symposium on π-System Figuration
    • 発表場所
      浦和コミュニティーセンター(埼玉県さいたま市)
    • 年月日
      2016-04-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 直鎖縮環共役炭化水素系の開殻性と磁気遮蔽テンソルの空間相関に関する理論研究2016

    • 著者名/発表者名
      福田幸太郎, 藤吉純也, 永海貴識, 中野雅由
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] インデノフルオレン系の開殻性、芳香族性、非線形光学物性に関する理論研究2016

    • 著者名/発表者名
      福田 幸太郎、藤吉 純也、岸 亮平、中野 雅由
    • 学会等名
      第13回京都大学福井謙一記念センターシンポジウム
    • 発表場所
      京都大学福井謙一記念センター
    • 年月日
      2016-02-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 開殻性と芳香族性の相関:新規光機能性物質の設計に向けて2016

    • 著者名/発表者名
      福田 幸太郎、藤吉 純也、岸 亮平、中野 雅由
    • 学会等名
      新学術領域研究「高次複合光応答分子システムの開拓と学理の構築」平成27年度 第3回公開シンポジウム
    • 発表場所
      阪大基礎工シグマホール
    • 年月日
      2016-01-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical investigation of open-shell singlet nature, aromaticity and nonlinear optical properties of π-conjugated condensed-ring systems involving antiaromatic rings2015

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Fukuda, Masayoshi Nakano
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, United States
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] インデノフルオレン拡張体の開殻性、芳香族性、光応答物性についての理論研究2015

    • 著者名/発表者名
      福田幸太郎, 永海貴識, 米田京平, 中野雅由
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会2015東京
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical investigation of open-shell singlet nature and second hyperpolarizabilities of π-conjugated systems involving antiaromatic rings2015

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Fukuda, Masayoshi Nakano
    • 学会等名
      ISNA16
    • 発表場所
      Universidad Complutense de Madrid, Spain
    • 年月日
      2015-07-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 点電荷H4モデルを用いた対称開殻X-π-X(X=Donor/Acceptor)系の励起プロパティと第二超分極率に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      福田幸太郎, 中野雅由
    • 学会等名
      第18回理論化学討論会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス大阪大学会館
    • 年月日
      2015-05-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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