分子磁性の理論

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04242101
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山口 兆 大阪大学, 理学部, 教授 (80029537)
• 研究分担者: 藪下 聡 千葉大学, 教養部, 助教授 (50210315) ; 北原 和夫 東京工業大学, 理学部, 教授 (20107692) ; 那須 奎一郎 高エネルギー物理学研究所, 放射光測定器研究系, 教授 (90114595) ; 福留 秀雄 京都大学, 理学部, 教授 (90025289)
• キーワード: 有機強磁性体 / 量子化学計算 / ハバードモデル / 共鳴ハートリー・フォック / 磁場効果 / スピン動力学 / 分子動力学 / SDW

研究概要

山口らは,木下らにより世界最初に有機強磁性結晶であることが発見されたp-NPNNのβ相のX線構造をもとに切り出された最大5量体までのクラスターの量子化学的計算を実行し,p-NPNN間の有効交換積分(Jab)を求めたところ,面内および面間のJabに正(強磁性的)であることを見い出した.計算結果の詳細な解析から強磁性相互作用発現には動的スピン分極効果と軌道の直交性が重要であることが結論された.さらに,ランジュバン・ワイス平均場モデルと計算によるJabとを組み合わせることにより強磁性転移温度(Tc)を計算したところ,実測と良く一致した.一方,反強磁性有機結晶であるp-NPNNのγ相についても同様の計算を実行したが,この場合は低次元性のために平均場近似ではTcが実測の4倍程度になった.
福留らは低次元系の拡張ハバードモデル計算を実行し,CDW相からSDW相への遷移領域にハルホンと名付けた素励起が可能であることを見いだし,その動的挙動を64サイトのモデル計算により詳細に調べた.一方,低次元系の電子物性を計算するために新しく提案した共鳴ハートリー・フォック法(Res HF)における軌道の最適化手法を検討した.さらにRes HF法をI次元半占有ハバードモデルに適用し,基底および励起状態における電子相関の効果および結合交替について調べたところ,厳密解の結果と良く一致した.この結果を用いて電子相関の可視化に成功した.また,電子移動によって生成されたスピンが反強磁性に整列する可能性を各種の電子供与体について調べた.
那須はハロゲン架橋白金その他の金属錯体の電気的,磁気的,および光学的性質を調べるため,パイエルス・ハバードモデル計算を実行した.またC_<60>・TDAE錯体における強磁性発現機構を調べるため,3バンドハバードモデル計算を実行し,軌道の直交性の重要性を指摘した.
北原は化学反応系における非平衡相関効果に関する分子動力学シミュレーションおよび液相におけるスピン動力学理論を完成し,論文を投稿中である.
藪下はスピン軌道CI計算によりICIおよび関連化合物の化学反応における磁場効果について考察した.またこれら気相における反応系の反応動力学計算を実行した.これらの成果の一部はすでに投稿中である.

研究成果

• [文献書誌] M.Okumura: "Theoretical Approaches to Molecular Magnetisms:Through-bond Coupling between Triplet Carbenes and Related Species" Mol.Crys.Liq.Crys.233. 41-60 (1993)
• [文献書誌] T.Ishida: "Intermolecular ferromagnetic interaction of 4-(1-pyrenylmethyleneamino)-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl" Mol.Crys.Liq.Crys.232. 99-102 (1993)
• [文献書誌] M.Okumura: "Theoretical Studies of Magnetic Orderings in the β-and γ-phases of p-NPNN and Related Nitroxides" Mol.Crys.Liq.Crys.232. 35-44 (1993)
• [文献書誌] K.Yamaguchi: "Comparison between Spin Restricted and Unrestricted Post Hartree Fock Calculations of Effective Exchange Integrals in Ising and Heisenberg Models" Chem.Phys.Lett.210(1-3). 201-210 (1993)
• [文献書誌] K.Yamaguchi: "High-spin Ion Radicals of Polyenes and Polyamines.A MO Theoretical Study" Chem.Phys.Lett.207(1). 9-14 (1993)
• [文献書誌] M.Okumura: "A theoretical explanation of the organic ferromagnetism in the β phase of para nitrophenyl nitronyl nitroxide" Chem.Phys.Lett.207(1). 1-8 (1993)
• [文献書誌] N.Tomita: "Elementary defects,halfons,connecting the SDW and CDW in the one dimensional extended Hubbard model" J.Phys.Soc.Jpn.62(5). 1634-1652 (1993)
• [文献書誌] A.Ikawa: "Orbital optimization in the resonating Hartree-Fock approximation and its application to the one dimensional Hubbard model" J.Phys.Soc.Jpn. 62(5). 1653-1668 (1993)
• [文献書誌] N.Tomota: "Halfon excitations connecting SDW and CDW" Synthetic Metals. 55-57. 2761-2766 (1993)
• [文献書誌] A.Ikawa: "Quantum fluctuations to destroy the antiferromagnetic spin order in the one dimensional half filled Hubbard model" Mol.Cryst.Liq.Cryst. 233. 81-88 (1993)
• [文献書誌] H.Mizoguchi: "Design of donor oligomers to produce parallel spins upon charge transfer" Mol.Cryst.Liq.Cryst. 233. 127-132 (1993)
• [文献書誌] N.Tomita: "Resonating Hartree-Fock studies on electron correlation and bond alternation in the one dimensional half filled Hubbard model" J.Phys.Soc.Jpn.62(12). 4338-4351 (1993)
• [文献書誌] N.Tomita: "Resonating Hartree-Fock studies on electronic structures of excited states in the one dimensional bond alternated Hubbard model" J.Phys.Soc.Jpn. 63(1). 189-206 (1994)
• [文献書誌] X.Sun: "Third nonlinear optical spectrum of Pt-Cl complex" Synthetic Metals. 55-57. 3986-3991 (1993)
• [文献書誌] K.Iwano: "Nonlinear optical spectra on halogen bridged mixed-valence paltinum complexes" J.Phys.Soc.Jpn. 62. 1778-1781 (1993)
• [文献書誌] J.Gorecki: "Molecular dynamics simulations of nonequilibrium spatial correlations in a reaction diffusion systems" Physica A. (in press).
• [文献書誌] K.Yamaguchi: "in Functional Materials(M.Doyama et al.Eds.,Elsevier)" Ab initio studies on strongly electron-correlated systems-Dynamic spin polarization rule and organic ferromagnets-, 776 (1993)
• [文献書誌] M.Okumura: "in Computer Aided Innovation of New Materials II(M.Doyama et al.,Eds.,Tokyo Elsevier" Theoretical Study of Organic Magnetisms:Nitronyl Nitroxide and Related Species, 1813 (1993)
• [文献書誌] 北原和夫: "ゆらぎの科学3" 森北出版(東京), 202 (1993)
• [文献書誌] 北原和夫: "Extended Thermodymanics and Onsager-Machlup Function" 統計数理研究所(東京)(印刷中), (1994)
• [文献書誌] K.Nasu: "New Functionality Materials,C(T.Tsuruta Ed.Elsevier,Amsterdam" Many electron system coupling strongly with nonlinear phonons, 776 (1993)