複雑な分子導体の電子状態のモデルの構築と電子相関の研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07232220
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 福留 秀雄 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90025289)
• 研究分担者: 井川 淳志 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80243004)
• キーワード: ジカルベンイオン / SDWポーラロン / カルベン間量子運動 / フェニレンの電子相関

研究概要

メターフェニレンで重合したジカルベンはπ系にカルベンのスピンにより反強磁性的SDWが誘起されており、それによって2つのカルベンのスピンが平行になったS=2の状態が安定化されて基底状態になっている。この分子に空孔や電子をドープした実験が行われている。ドープ荷電はπ系に入りS=3/2が基底状態でS=1/2状態は熱的に致達出来ない所にある。この系は銅酸化物と似た電子構造を持っていると考えられる。
この分子のπ、n電子のモデルを作りUHF計算をおこなった。分子のねじれを考慮しπ-n共役を入れると、S=3/2と1/2状態は極めて接近し実験と合わない。ドープ荷電は一方のカルベンにピン止めされたSDWポーラロンの形をしており、S=3/2では2つのカルベンの対等性から両カルベン上のSDWポーラロンは縮退している。S=1/2ではn電子のスピンは反平行で両カルベン上のSDWポーラロンは縮退していない。
SDWポーラロンの2つのカルベン間の量子運動を共鳴ハートリー・フォック(Res HF)法で計算するとS=3/2状態はS=1/2状態に比べ約0.1eひ安定化される。しかしこの系ではベンゼン環上の電子相関が大きく、その効果をちゃんと計算する必要がある。ベンゼンの場合、荷電スピンにおいて対称性を破った1つのスレーター行列式(S det)から24コの対称操作をほどこしたS detsを重ねたRes HFで電子相関の97.7%が説明出来る。3つのベンゼンが化学結合したこの分子では対称性の低下により、42コの毒理綱S detsを変分する必要が生じる。その計算の結果S=3/2と1/2状態間でベンゼン環上の電子相関は殆んど同じで、主な差はSDWポーラロンの素子運動により生じることが示された。

研究成果

• [文献書誌] A. Yamashiro, A. Ikawa and H. Fukutome: "A Conduction Mechanism in the Non-Magnetic Regime of Doped Polyacotylene" Progress of Theoretical Physics, Supplement. 113. 25-38 (1993)
• [文献書誌] A. Yamashiro, A. Ikawa and H. Fukutome: "Electronic and lattice stractures in potassium-doped stage-1 polyaetylene I" Synthetic Metals. 65. 133-248 (1994)
• [文献書誌] A. Yamashiro, A. Ikawa and H. Fukutome: "Electronic and lattice stractures in potassium-doped stage-1 polyacetylene. II" Synthetic Metals. 74. 29-41 (1995)
• [文献書誌] H. Mizouchi, A. Ikawa and H. Fukutome: "Design of Donor Oligomers to Produce Parallel Spins upor Electron Transfer" Journal of American Chemical Society. 117. 3260-3269 (1995)
• [文献書誌] H. Mizouchi, A. Ikawa and H. Fukutome: "Ionic State of Meta-triphengl-dicarbene" Synthetic Metals. 71. 1785-1786 (1995)
• [文献書誌] A. Ikawa, H. Mizouchi and H. Fukutome: "Electronic Structure of Ions of m-phenylenebis (phenylmethylene)" Molecular Crystals and Liquid Crystals. 271. 155-162 (1995)