ナノサイズ分子系の振電相互作用による超伝導発現機構の解明と予測に関する理論的研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01J11595
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 加藤 貴 京都大学, 工学研究科, 日本学術振興会特別研究員(PD)
• キーワード: 分子超伝導性 / 振電相互作用 / 電子・フォノン結合定数 / ナノサイズ分子 / 逆同位体効果 / 分子構造 / 電荷移動 / フッ素原子置換

研究概要

様々な分子超伝導性発現の可能性について探ることは大変興味深く、学術上、意義があるものと考えられる。そこで、これらの超伝導性は分子内振動とフロンティア軌道との間の振電相互作用によって引き起こされるという仮説に基づき、電子・フォノン結合定数を計算した。
分子性結晶が大きな超伝導臨界温度をもつための基礎的条件を考察するため、分子サイズが小さくて対称性が高い、立方体型クラスター、キュバン(C_8H_8)について考察した。その結果、キュバンでは非常に大きな電子・フォノン結合定数の値0.495eVが得られ、200K以上で超伝導性を示し得ることを提案した。また、キュバンのモノアニオンにおいては重水素置換による逆同位体効果が観測される可能性があることを理論的に示した。
アセン系分子の水素原子をフッ素原子で置換したフルオロアセンについても全く同様の研究を行ったが、フルオロアセンはアセンよりも非常に大きな電子・フォノン結合定数を持つことがわかった。
アセン系分子とフェナントレン系分子のカチオンにおける電子・フォノン結合定数を計算し、さらには、電荷移動について考察した。アセン系分子とフェナントレン系分子など、ナノサイズ分子の常伝導状態と超伝導状態の関連について考察した。
これらの一連の研究から、分子性化合物が高温超伝導性を示す条件として「(1)分子サイズが小さい(2)分子が高い対称性をもつ(3)高振動数振動モードが超伝導性発現に重要な働きをする(4)電気伝導に関わらない原子の質量を重くする」ということを提案している。

研究成果

• [文献書誌] Takashi Kato: "Electron-phonon coupling in negatively charged cubane and octasilacubane"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 118・7. 3300-3311 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Molecular concepts of normal and superconducting states in acenes and B, N-substituted acenes : A theoretical study"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 118・8. 3804-3815 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kato: "The essential role of hydrogen atoms in the electron-phonon interactions in the monocation of cubic hydrocarbon cluster, (CH)_8"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 118・22. 10073-10084 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kato: "The relationships between the electronic structures and the normal and inverse isotope effects in the electron-phonon interactions in charged cubane"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 119・11. 5680-5689 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Electron-phonon interactions in monoanions of fluoroacenes"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 119・21. 11318-11328 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Electron-phonon interactions in charged cubic fluorocarbon cluster, (CF)_8"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 120・2. 1006-1016 (2004)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Electron-intramolecular-vibration interactions in positively charged phenanthrene-edge-type hydrocarbons"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 120・7. 3311-3322 (2004)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Inverse isotope effects and electron-phonon coupling in the positively charged deutero-and fluoroacenes"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 4月15日. (2004)
• [文献書誌] Takashi Kato: "The essential role of H-F substitution in the electron-phonon interactions and electron transfer in the negatively charged acenes"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 印刷中.
• [文献書誌] Takashi Kato: "Advances in Quantum Chemistry, Manifestations of vibronic coupling in Chemistry and Physics"Elsevier. 14 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Recent Research Developments in Physical Chemistry"Transworld Research Network(6月出版予定). (2004)
• [文献書誌] Takashi Kato: "Recent Research Developments in Quantum Chemistry"Transworld Research Network(6月出版予定). (2004)