| 研究課題/領域番号 |
23K04671
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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32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
岩佐 豪 北海道大学, 理学研究院, 助教 (80596685)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 近接磁場 / 磁気的多重極相互作用 / 近接場光 / 磁気多重極相互作用 / 理論化学 / 計算化学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近接場光は物質近傍に局在した伝搬しない電磁場成分であり、回折限界と双極子近似を超えた局所分光やイメージングなどの伝搬光では実現不可能な光学現象を可能にする。近年、磁場のみを選択的に増強した近接場光を用いて、スピン禁制遷移などの磁気的相互作用が支配する励起状態を実現できるようになってきており、その理論的な解析が求められている。本研究では多重極ハミルトニアンに基づいて新たな第一原理計算手法を開発し、近接場光と分子の磁気的な相互作用が誘起する励起状態の解明、および磁気的相互作用を利用した励起状態制御の方法を開拓していく。
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| 研究実績の概要 |
近接場光は物質近傍に局在した伝搬しない電磁場成分であり、双極子禁制励起などの伝搬光とは異なる励起状態を実現できることが知られている。近年、特殊なナノ構造を用いることで、近接場の磁場を特異的に増強できるようになり、近接磁場によるスピン禁制遷移などを能動的に誘起できるようになってきている。本研究では、これまで開発してきた近接場光と分子の電気的な相互作用に着目した理論開発を参考に、近接場の磁気的な相互作用に着目した理論開発を行う。
本年度は、多重極ハミルトニアンに基づいて遷移確率を数値的に計算するための定式化に取り組んだ。磁気的相互作用は、座標演算子と運動量演算子の両方を含むため、その定式化が電気的な相互作用に比べると複雑になる。まず座標演算子に依存する部分に基づいた遷移確率の計算方法を完成させた。電子励起状態計算から遷移密度を求め、それを利用することで座標演算子のみを含む光-分子相互作用の遷移確率および振動子強度を計算する方法を開発した。座標演算子を含む相互作用を用いた遷移確率計算の応用として、近接場光の電気的な成分を用いてその近接場光源の位置をパラメータとした振動子強度マップと、それを用いた振動子強度最適化の方法について論文として報告した。
現在は、運動量演算子を含む相互作用項を用いて遷移確率を計算するために、励起状態の波動関数を電子励起状態計算から求めて、それを空間微分するためのプログラム開発に取り組んでいる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
近接場光と分子の間の磁気的な多重極相互作用に基づいた遷移確率計算のうち、座標演算子に依存する項については開発を終えており、その応用も論文として報告しており、ターゲット分子の電子励起状態の計算から伝搬光による励起状態とは異なることを示すことができている。運動量演算子に依存した磁気多重極相互作用を用いた遷移確率の定式化も終わっており、そのプログラムの実装に着手しており、およそ計画通りのペースで研究が進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、運動量演算子を含む相互作用項を用いて遷移確率を計算するためのプログラム開発を進めて、実際の分子をターゲットとして、まずはモデル近接磁場を用いた遷移確率計算を行う。ついで、Maxwell方程式に基づいた電磁場計算に基づいて実際のナノ構造近傍に生成する近接磁場を数値的に求め、その実在磁場を用いた遷移確率の計算を行う予定である。
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