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3項間漸化式に基づく高速・高精度な電子状態動力学シミュレーション手法の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 19J40290
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
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

赤間 知子  北海道大学, 大学院理学研究院, 特別研究員(RPD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード3項間漸化式 / 虚時間発展 / 希土類錯体 / 緩和過程 / LMCT励起状態
研究開始時の研究の概要

光によって誘起される超高速電子・スピンダイナミクスは、太陽電池、電界効果トランジスタ、有機EL素子等への応用や、高効率デバイス開発につながる可能性がある。しかし、その詳細なメカニズムは明らかになっていない。本研究では、申請者がこれまで開発してきた3項間漸化式法を用いて、分子系の超高速電子・スピンダイナミクスのシミュレーション手法を開発する。開発した手法を、希土類分子の超高速電子・スピンダイナミクス現象に応用し、メカニズムの解明を目指す。

研究実績の概要

本研究では、分子系の超高速電子・スピンダイナミクスを記述するために、3項間漸化式に基づく高速で高精度な電子状態ダイナミクスの非経験的理論計算手法を開発し、希土類分子における超高速電子・スピンダイナミクスのメカニズム解明に取り組むことを目的としている。第三年度である今年度は、昨年度から継続して、理論計算手法の開発と、希土類分子や希土類錯体についての理論的研究を行った。交付申請書の研究実施計画からは少し変更し、希土類錯体についての理論的研究について特に重点的に取り組んだ。
理論計算手法の開発として、3項間漸化式法による高精度な電子状態計算の効率化を実現するために、3項間漸化式法の虚時間発展への拡張と実装したプログラムの検証を行った。
希土類であるセリウム(Ce)、ユーロピウム(Eu)やテルビウム(Tb)を含む錯体に関する理論的研究として、希土類錯体の発光・消光に至るエネルギー移動過程の解明に取り組んだ。希土類錯体の発光・緩和過程では、まず配位子が励起し、項間交差により配位子が1重項から3重項に変化した状態を経て、配位子から希土類にエネルギー移動した状態から発光するとされている。昨年度までに、これらの状態に加えてEu錯体におけるLMCT状態の関与する可能性を検討してきたが、今年度はさらに、配位子のスピンと中心金属のスピンが平行な状態と反平行な状態についても検討した。また、新規錯体合成のための理論計算による配位子のスクリーニングにも取り組んだ。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Practical electronic ground- and excited-state calculation method for lanthanide complexes based on frozen core potential approximation to 4f electrons2022

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, Y. Oba, T. Akama, and T. Taketsugu
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Chemistry

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coordination geometrical effect on LMCT-depended energy transfer processes of luminescent Eu(III) complexes2021

    • 著者名/発表者名
      Pedro Paulo Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Haruna Sakamoto, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • 雑誌名

      J Phys. Chem. A

      巻: 125 号: 1 ページ: 209-217

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.0c09337

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] All-electron relativistic spin-orbit multireference computation to elucidate the ground state of CeH2020

    • 著者名/発表者名
      Kondo Yusuke、Goto Yuri、Kobayashi Masato、Akama Tomoko、Noro Takeshi、Taketsugu Tetsuya
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 22 号: 46 ページ: 27157-27162

    • DOI

      10.1039/d0cp05070a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Eu(III)錯体の七配位型から八配位型への幾何学構造変形に伴う光増感発光増大2021

    • 著者名/発表者名
      フェレイラダローサ ペドロパウロ・宮崎栞・庄司淳・北川裕一・宮田潔志・赤間知子・小林正人・伏見公志・恩田健・武次徹也・長谷川靖哉
    • 学会等名
      第37回希土類討論会 (オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Photo-physical properties of seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes with LMCT bands2021

    • 著者名/発表者名
      P.P.F. da Rosa, S. Miyazaki, Y. Kitagawa, K. Miyata, T. Akama, S. Shoji, M. Kobayashi, K. Fushimi, K. Onda, T. Taketsugu, and Y. Hasegawa
    • 学会等名
      ICP(International Conference on Photochemistry) 2021-virtual (online)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 演算子変換を用いた効率的時間発展:3項間漸化式法の虚時間発展への拡張2021

    • 著者名/発表者名
      赤間知子・小林正人・武次徹也
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会 (オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 静的電子相関を取り込んだ簡便な電子励起状態計算:正準基底TDHFB法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      西田叡倫・赤間知子・小林正人・武次徹也
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会 (オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Control of LMCT bands in seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes with pyridine2021

    • 著者名/発表者名
      P.P.F. da Rosa, S. Miyazaki, Y. Kitagawa, K. Miyata, T. Akama, M. Kobayashi, K. Fushimi, K. Onda, T. Taketsugu, and Y. Hasegawa
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021) (online)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient and unitary time evolution based on operator transformation: development of three-term recurrence-relation method2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Akama, Osamu Kobayashi, Shinkoh Nanbu, and Tetsuya Taketsugu
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021) (online)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of LMCT state in seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes2020

    • 著者名/発表者名
      Pedro Paulo Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, and Yasuchika Hasegawa
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 準粒子表現により擬縮退系の励起状態計算を可能にするTDHFB法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      西田 叡倫・赤間 知子・小林 正人・武次 徹也
    • 学会等名
      分子科学会 オンライン討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 演算子変換に基づく効率的で汎用的な時間発展法の開発:3項間漸化式法2020

    • 著者名/発表者名
      赤間知子
    • 学会等名
      第6回電子状態理論シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高精度励起状態計算のためのRT-TDHFB法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      西田 叡倫・赤間 知子・小林 正人・武次 徹也
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2020年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 演算子変換を用いた効率的時間発展:3項間漸化式法の拡張2019

    • 著者名/発表者名
      赤間知子・武次徹也
    • 学会等名
      第22回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of efficient time-evolution method based on operator transformation: three-term recurrence-relation method2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Akama, Osamu Kobayashi, Shinkoh Nanbu, and Tetsuya Taketsugu
    • 学会等名
      XV International Workshop on Quantum Reactive Scattering (QRS2019 Workshop)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 演算子変換を用いた効率的時間発展:3項間漸化式法の開発と拡張2019

    • 著者名/発表者名
      赤間知子・武次徹也
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 演算子変換に基づく効率的時間発展法の開発と拡張2019

    • 著者名/発表者名
      赤間知子・武次徹也
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2019秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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