温度依存テラヘルツ分光スペクトルの第一原理計算による解釈と水素結合ネットワーク

• 研究課題/領域番号: 22550003
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 まさえ 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80183854)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2010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: 生物物理化学 / テラヘルツ分光法 / 第一原理計算 / テラヘルツ分光 / 水素結合 / 分散力

研究概要

本研究は、温度依存テラヘルツ分光スペクトルに観測される水素結合ネットワークの形成開裂を体系的に解明し、テラヘルツ波の利点を活かした応用開拓を目指すものである。類縁体間で異なる水素結合ネットワークを有し、結晶構造も特徴的な違いを示す安息香酸、サリチル酸、アセチルサリチル酸について温度依存テラヘルツスペクトルを大規模高精度理論計算により解析した。特に、弱い水素結合を記述する分散力補正を導入した計算を実施することで、全最適構造の結果、原子座標のみならず、格子定数についても1~2%の誤差内で実験を再現し、弱い相互作用で形成される分子性結晶の複雑なテラヘルツ領域スペクトルのピーク同定を著しく改善した。

研究成果

• [雑誌論文] Terahertz Vibrations and Hydrogen-Bonded Networks in Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi
  • 雑誌名: Crystals 巻: 4巻 号: 2 ページ: 74-103
  • DOI: 10.3390/cryst4020074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Translational vibrations between chains of hydrogen-bonded molecules in solid-state aspirin form I (2013)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi、Yoichi Ishikawa
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 576巻 ページ: 21-25
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.05.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] The dispersion correction and weak-hydrogen-bond network in low-frequency vibration of solid-state salicylic acid (2012)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi、Yoishi Ishikawa、Hiromasa Ito
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 531巻 ページ: 98-104
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.02.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] 第一原理計算による材料設計と物性探索 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 雑誌名: 化学経済 巻: 58巻 ページ: 62-65
  • URL: http://www.chemicaldaily.co.jp/monthly/index.html
• [雑誌論文] 巻頭言女性科学者のキャリアと母親業の二足のわらじ (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 雑誌名: We learn 巻: 694巻 ページ: 3-3
  • URL: http://www.jawe2011.jp/publish/welearn/
• [雑誌論文] 第一原理計算による材料設計と物性探索 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 雑誌名: 化学経済（依頼原稿） 巻: 58 ページ: 62-65
• [雑誌論文] Polyanionic Hexagons : X6^n–(X = Si, Ge) (2010)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 2巻 号: 4 ページ: 1745-1762
  • DOI: 10.3390/sym2041745
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Building Blocks for Highly Functionalπ-Electron Silicon Nanomaterials by First-Principles Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi
  • 雑誌名: J. Soc. Jpn. Women Sci. 巻: 11巻 ページ: 4-12
  • URL: https://www.jstage.jst.go.jp/browse/sjws/-char/ja/
  • 査読あり
• [雑誌論文] 恩師を語る (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 雑誌名: U7 巻: 34巻 ページ: 55-57
  • URL: http://www.gakushikai.or.jp/magazine/u7/
• [雑誌論文] Polyanionic Hexagons : X_6^<n->(X=Si, Ge) (2010)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 2 ページ: 1745-1762
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Building Blocks for Highly Functional π-Electron Silicon Nanomaterials by First・Principles Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi
  • 雑誌名: J.SJWS 巻: 11 ページ: 4-12
  • NAID: 130001077725
  • 査読あり
• [学会発表] テラヘルツ帯振動の第一原理計算～農学分野への応用を目指して (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 日本女性科学者の会新春懇談会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-01-27
• [学会発表] 分散力補正第一原理計算と弱い水素結合のテラヘルツ帯伸縮振動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 第16回理論化学討論会
  • 発表場所: 福岡市
• [学会発表] アスピリン結晶form Iの一次元鎖間水素結合の伸縮振動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ、石川陽一、伊藤弘昌
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 東広島
• [学会発表] Dispersion-corrected first-principles calculation of terahertz vibration, and evidence for weak hydrogen bond formation (2013)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi、Yoichi Ishikawa、Hiromasa Ito
  • 学会等名: APS March meeting
  • 発表場所: アメリカ・Baltimore
• [学会発表] テラヘルツスペクトルの第一原理計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 応用物理学会テラヘルツ電磁波技術研究会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 分散力補正第一原理計算と弱い水素結合のテラヘルツ帯伸縮振動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 第16回理論化学討論会
  • 発表場所: 福岡健康づくりセンター（福岡県）
• [学会発表] アスピリン結晶form Iの一次元鎖間水素結合の伸縮振動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ、石川陽一、伊藤弘昌
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
• [学会発表] Dispersion-corrected first-principles calculation of terahertz vibration, and evidence for weak hydrogen bond formation (2013)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi, Yoichi Ishikawa, Hiromasa Ito
  • 学会等名: APS March meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] テラヘルツ帯振動の第一原理計算～農学分野への応用を目指して (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 日本女性科学者の会新春懇談会
  • 発表場所: アルカディア市ヶ谷（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] テラヘルツスペクトルの第一原理計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 応用物理学会テラヘルツ電磁波技術研究会
  • 発表場所: 機械振興会館（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] テラヘルツ帯振動の第一原理計算～農学分野への応用を目指して (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 日本女性科学者の会新春懇談会
  • 発表場所: アルカディア市ヶ谷（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] テラヘルツスペクトルの第一原理計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 応用物理学会テラヘルツ電磁波技術研究会
  • 発表場所: 機会振興会館（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Stretching Vibration of the Weak Hydrogen Bond in a Terahertz Spectrum (2012)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi、Yoichi Ishikawa、Hiromasa Ito
  • 学会等名: The 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: オーストラリア・Wollongong
• [学会発表] 分散力補正によるテラヘルツ帯振動吸収の第一原理計算と弱い水素結合の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ、石川陽一、伊藤弘昌
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] Stretching Vibration of the Weak Hydrogen Bond in a Terahertz Spectrum (2012)
  • 著者名/発表者名: Masae Takahashi, Yoichi Ishikawa, Hiromasa Ito
  • 学会等名: The 37th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • 発表場所: Wollongong, Australia
• [学会発表] 分散力補正によるテラヘルツ帯振動吸収の第一原理計算と弱い水素結合の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ、石川陽一、伊藤弘昌
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学（兵庫県）
• [学会発表] 農学におけるテラヘルツ生物工学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 東北大学オープンキャンパス
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] 粉末サリチル酸二量体のテラヘルツ帯振動スペクトルと温度依存性の解釈 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ、石川陽一、伊藤弘昌
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟市
• [学会発表] 農学におけるテラヘルツ生物工学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 東北大学オープンキャンパス模擬講義
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
• [学会発表] 二重芳香族性を有するケイ素六員環:D6h環状アニオンSi6^2– (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 第8回日本女性科学者の会学術大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-10-30
• [学会発表] 二重芳香族性を有するケイ素六員環:D_<6h>環状アニオンSi_6^<2-> (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 第8回日本女性科学者の会学術大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-10-30
• [学会発表] Mg基合金Mg_97Y_2Zn_1生成過程の第一原理分子動力学計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 日本物理学会平成22年秋季大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] テラヘルツ分光スペクトルと水素結合ネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 東北大学学際科学国際高等研究センターインフォーマルミーティング
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] 農学におけるテラヘルツ生物工学 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 第11回先端農学セミナー
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-06-18
• [学会発表] テラヘルツ電磁波の医学への応用のためのテラヘルツ帯非調和大振幅振動の指紋完全解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 資生堂女性研究者サイエンスグラント研究報告会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2010-06-09
• [学会発表] テラヘルツ電磁波の医学への応用のためのテラヘルツ帯非調和大振幅振動の指紋完全解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 資生堂女性研究者サイエンスグラント研究報告会
  • 発表場所: 新横浜
  • 年月日: 2010-06-09
• [学会発表] Mg基合金Mg97^Y2^Zn1生成過程の第一原理分子動力学計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 学会等名: 日本物理学会平成22年秋季大会
  • 発表場所: 堺
• [学会発表] 粉末サリチル酸二量体のテラヘルツ帯振動スペクトルと温度依存性の解釈 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ、石川陽一、伊藤弘昌
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会
  • 発表場所: 仙台
• [図書] We learn No.694 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 出版者: 日本女性学習財団
• [図書] 化学経済(第58巻第6号) (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 出版者: (株)化学工業日報社
• [図書] U7 Vol.034 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋まさえ
  • 出版者: 学士会