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機械的刺激に応答する光・電子機能π造形分子システムの理論設計

公募研究

研究領域π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出
研究課題/領域番号 15H01006
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

河東田 道夫  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 特別研究員 (60390671)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード化学物理 / 超分子化学 / ナノ材料 / 高分子構造・物性 / 有機π電子系化合物 / 有機半導体 / 有機発光材料 / 計算化学シミュレーション / 電子状態計算 / 分子動力学シミュレーション / 超分子化合物 / 高次フラーレン / 有機薄膜太陽電池
研究実績の概要

平成28年度には、平成27年度からの継続の課題として、(1) p型有機分子半導体であるジナフトチエノチオフェン(DNTT)結晶へ印加する圧力を変化させた際に発現する特異的なホール移動度変化機構解明のための理論的研究を行った。本年度には現象の発現機構の理解を目的として第一原理電子状態計算とホール移動度計算を進めた結果、0.3GPa以上面内圧縮方向に圧力を印加した際に構造(格子定数)が大きく変化した準安定構造を発見した。この変化した構造対してバンド構造とホール移動度の計算結果を検討した所、先行研究にて報告されている圧力の大きさに依存した異方的な結晶構造変化を示唆する結果が得られた。
さらに、(2)オリゴ(p-フェニレンビニレン)誘導体に機械的刺激を与えた際のメカノクロミズム特性の理論的研究も行った。本研究では、分子集合体の準安定状態の構造探索とエネルギー解析計算を分子動力学シミュレーションと第一原理電子状態計算により行い、準安定状態の構造モデルの探索を行った。分子動力学シミュレーションよりいくつかの準安定状態の候補構造が得られたが、それぞれの構造構造に対して第一原理電子状態計算で得られた吸収スペクトルは実験で報告されている吸収スペクトル変化の傾向を再現には至らなかった。
また、(1)(2)の研究として並行した領域内共同研究として、(3)カルバゾールデンドリマー(G3TAZ)の溶液内での自己組織化集合過程の分子動力学シミュレーションによる研究を実施した。シミュレーションより溶媒分子の混合比を変えたモデル内で異なる集合体構造となる結果が得られ、実験で報告されている溶媒・溶質の条件の違いに伴って異なる自己組織化構造が形成される事実を説明できる結果が得られた。

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

    (30件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] シドニー大学(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] MPI/OpenMP Hybrid Parallel Algorithm for Resolution of Identity Second-Order Moller-Plesset Perturbation Calculation of Analytical Energy Gradient for Massively Parallel Multicore Supercomputer2017

    • 著者名/発表者名
      Michio Katouda, Takahito Nakajima
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 38 号: 8 ページ: 489-507

    • DOI

      10.1002/jcc.24701

    • 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] Charge Dynamics at Heterojunction between Face-on/Edge-on PCPDTBT and PCBM Bilayer: Interplay of Donor/Acceptor Distance and Local Charge Carrier Mobility2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Shimata, Marina Ide, Motomichi Tashiro, Michio Katouda, Yutaka Imamura, Akinori Saeki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 号: 32 ページ: 17887-17897

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b04827

    • 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] A Series of Layered Assemblies of Hydrogen-Bonded, Hexagonal Networks of C3-Symmetric π-Conjugated Molecules: A Potential Motif of Porous Organic Materials2016

    • 著者名/発表者名
      I. Hisaki, S. Nakagawa, N. Ikenaka, Y. Imamura, M. Katouda, M. Tashiro, H. Tsuchida, T. Ogoshi, H. Sato, N. Tohnai, M. Miyata
    • 雑誌名

      Journal of American Chemical Society

      巻: 印刷中 号: 20 ページ: 6617-6628

    • DOI

      10.1021/jacs.6b02968

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] From C60 to Infinity: Large-Scale Quantum Chemistry Calculations of the Heats of Formation of Higher Fullerenes2016

    • 著者名/発表者名
      B. Chan, Y. Kawashima, M. Katouda, T. Nakajima, K. Hirao
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 138 号: 4 ページ: 1420-1429

    • DOI

      10.1021/jacs.5b12518

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 計算科学を用いた有機薄膜太陽電池の新規材料の探索2017

    • 著者名/発表者名
      今村穣,田代基慶,河東田道夫,波田雅彦
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶応大学日吉キャンパス, 横浜
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] カルバゾールデンドリマー分子集合体形成過程の分子動力学シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫,田代基慶,今村穣,中嶋紗英,山本洋平,アルブレヒト建,山元公寿
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶応大学日吉キャンパス, 横浜
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 有機薄膜太陽電池における新規ドナー材料の理論的探索2017

    • 著者名/発表者名
      今村穣, 田代基慶, 河東田道夫, 波田雅彦
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜市
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Massively parallel and multi-GPU implementation of RI-MP2 energy calculations2017

    • 著者名/発表者名
      Michio Katouda, Akira Naruse, Yukihiko Hirano, Takahito Nakajima
    • 学会等名
      7th AICS International Symposium
    • 発表場所
      RIKEN Advanced Institute for Computational Science, Kobe, Japan
    • 年月日
      2017-02-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Investigation of Charge Separation and Recombination in PCBM/PCPDTBT Interface2017

    • 著者名/発表者名
      Motomichi Tashiro, Michio Katouda, Yutaka Imamura
    • 学会等名
      AP-HOPV17
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • 年月日
      2017-02-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multinode and multi GPU implementation of RI-MP2 calculation on NTChem for massively parallel GPU computing2017

    • 著者名/発表者名
      Michio Katouda
    • 学会等名
      3rd ADAC workshop
    • 発表場所
      Kashiwa Campus, The University of Tokyo, Kashiwa, Japan
    • 年月日
      2017-01-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RI-MP2法のマルチGPU超並列実装とTSUBAMEを用いた大規模ナノ炭素分子の電子状態計算2016

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫
    • 学会等名
      GTC Japan 2016
    • 発表場所
      ヒルトン東京お台場, 東京
    • 年月日
      2016-10-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Massively parallel implantation of one-component and two-component relativistic electronic structure theories in NTChem software2016

    • 著者名/発表者名
      Michio Katouda
    • 学会等名
      RMET2016
    • 発表場所
      Ookayama campus, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 配向制御したドナー・アクセプター界面での電荷分離・再結合2016

    • 著者名/発表者名
      嶋田 佳幾, 井出 茉里奈, 田代 基慶, 河東田 道夫, 今村 穣, 佐伯 昭紀
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] PCBM/PCPDTBT 界面における電荷分離・再結合過程に関する理論計算による検討2016

    • 著者名/発表者名
      田代基慶, 河東田道夫, 今村穣
    • 学会等名
      第19回理論化学討論会
    • 発表場所
      早稲田大学西早稲田キャンパス, 東京
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 二成分相対論的時間依存密度汎関数理論に基づく励起状態超並列計算プログラムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫,中嶋隆人
    • 学会等名
      第19回理論化学討論会
    • 発表場所
      早稲田大学西早稲田キャンパス, 東京
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Parallel computing with NTChem software for petascale supercomputing and toward exascale supercomputing2015

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, T. Nakajima
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 次世代有機太陽電池に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      今村穣, 松井亨, 神谷宗明, 菅野翔平, 尾坂格, 瀧宮和男, 中嶋隆人, 波田雅彦
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都, 目黒区
    • 年月日
      2015-09-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 有機薄膜太陽電池に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      田代基慶, 今村穣, 河東田道夫, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都, 目黒区
    • 年月日
      2015-09-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 大規模時間密度汎関数理論計算のためのMPI/OpenMPハイブリッド並列プログラムの開発2015

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都, 目黒区
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ドナー・アクセプター型ポリマーの軌道準位の決定法2015

    • 著者名/発表者名
      松井亨, 今村穣, 尾坂格, 瀧宮和男, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都, 目黒区
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理密度行列繰り込み群法と大規模並列アルゴリズムの研究開発2015

    • 著者名/発表者名
      曽田繁利, 今村穣, 柚木清司
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学千里山キャンパス, 大阪府, 吹田市
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 有機薄膜太陽電池に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      今村穣, 松井亨, 尾坂格, 瀧宮和男, 中嶋隆人
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場, 愛知県, 名古屋市
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Massively parallel RI-MP2 geometry optimization calculations on K computer2015

    • 著者名/発表者名
      M. Katouda, T. Nakajima
    • 学会等名
      ICQC 2015 satellite symposium "Novel computational methods for quantitative electronic structure calculations"
    • 発表場所
      神戸大学先統合研究拠点, 兵庫県, 神戸市
    • 年月日
      2015-06-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超並列計算分子科学シミュレーションを駆使したπ造形科学に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫
    • 学会等名
      新学術領域研究「π造形科学」第2回公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪市中央公会堂, 大阪府, 大阪市
    • 年月日
      2015-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペタフロップス級スーパーコンピュータに適したRI-MP2エネルギー超並列計算アルゴリズム2015

    • 著者名/発表者名
      河東田道夫, 中嶋隆人
    • 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, 大阪府, 豊中市
    • 年月日
      2015-05-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 有機薄膜太陽電池に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      田代基慶, 今村穣, 河東田道夫, 中嶋隆人
    • 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, 大阪府, 豊中市
    • 年月日
      2015-05-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] Bridging the gap between buckyballs and graphene

    • URL

      http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/8194/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 「京」の力で見えてくること(π造形科学ニュースレター Vol. 13)

    • URL

      http://pi-figuration.jp/nl/nl_13.pdf

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] スーパーコンピュータでフラーレンの性質を探る -世界最大規模の電子状態計算で生成熱の正しい値を予測-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160316_1/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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