| 研究課題/領域番号 |
19K05255
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2021-2022)
分子科学研究所 (2019-2020) |
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研究代表者 |
藤田 貴敏 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (70767970)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 大規模励起状態計算 / フラグメント分子軌道法 / GW/Bethe-Salpeter / 励起子 / 電子励起状態 / 有機半導体 / GW近似 / Bethe-Salpeter方程式 / 有機薄膜太陽電池 / 大規模電子状態計算 / GW / 有機太陽電池 / GW法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本申請では、第一原理電子状態理論であるフラグメント分子軌道法とグリーン関数理論であるGW法に基づいて、有機材料の光励起物性予測に関する革新的手法を提案する。応用計算の対象として太陽電池やレーザーなど革新的デバイスとして期待されている系を選ぶ。電荷分離・電荷再結合や励起子緩和過程などの、デバイス性能に関わる素過程を解析するための理論基盤を確立する。本研究で光励起物性予測のための信頼性の高い計算手法が確立されることにより合理的デバイス開発への道のりが拓ける。
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| 研究成果の概要 |
本申請では、フラグメント分子軌道(FMO)法の枠組みでW/Bethe-Salpeter equation(GW/BSE)法を実装することにより、有機半導体材料の電子励起状態計算に関する革新的手法を開発した。大規模系のGW/BSE法の実装のために、(1)分極関数のフラグメント分割近似、(2)環境有機分極効果に対するΔCOHSEX近似、(3)励起子モデルと組み合わせた励起状態計算法、を新たに提案した。本申請で整備したプログラムにより、数千原子を越える系のGW/BSE計算が可能となった。実在系である乱れた分子集合体の高精度計算が可能となったことから、有機半導体デバイスに応用できるようになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、数千原子以上の系に対するGW/BSE計算が可能となった。従来の実装のGW/BSE法では数百原子以上の系の計算は困難であったことを考えると、大きな進歩であるといえる。本手法は乱れた分子集合体の励起状態の高精度計算が可能であるため、有機半導体材料のエネルギー準位や光物性予測に非常に有用である。さらに、本手法では励起状態ハミルトニアンを透熱基底で計算しているため、電子励起状態のモデルハミルトニアンの系統的な導出も可能である。つまり、本手法をベースにした励起状態の実時間発展シミュレーションも将来的には実現できると考えている。
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