量子光によるデンドリマーの非線形光学効果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: 14340184
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中野 雅由 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (80252568)
• キーワード: 量子光 / デンドリマー / モンテカルロ波動関数 / エキシトン / マスター方程式 / 緩和 / スクイズド光 / コヒーレント

研究概要

1.前年度に開発した双極子-双極子相互作用を考慮した分子集合体のエキシトン状態の計算法およびエキシトン-フォノン結合による緩和効果を考慮したマスター方程式法を1次元分子集合体モデルに適用した。異なる構成ユニット数からなるサブユニットを互いに距離をあけて構成数が増大する順に配列したモデルでは方向性のあるエキシトン移動を引き起こすことができた。一方、一様な構造をもつ1次元モデルの方はそのような移動はみられなかった。このことより、方向性をもつエキシトン移動は、単にデンドリティック構造をもつものに限らず、同様な特徴-(1)多段階エキシトン準位をもつ、(2)隣接サブユニット間にエキシトン分布のわずかな重なりがある-を持つ場合は起こりうることが予想された。さらに分岐部分を持つ系において中心から外縁部に構成要素の数を伸ばすように配置したモデルでは、通常のデンドリティック集合体と逆の中心外縁部への移動がみられた。今後、さらに他の構造体(例えば環状構造体)においてもダイナミクスを実行する予定である。
2.さらに、分子集合体だけでなく、一般の分子系にもこの方法を適用するため、ab initio MO CI法に基づいたマスター方程式法に拡張を行った。この方法では、1電子励起配置を1エキシトン基底と見なし、エキシトン-フォノン結合を考慮した。フェニルアセチレンデンドリマーの特徴を備えた簡単なモデルにおいてダイナミクスを実行したところ、外縁部から中心に向かうエキシトンの移動がみられた。この場合、共通の配置(電子-ホール対)を含む状態間の緩和が大きくなるため、集合体でみられた場合と同様の多段階の方向をもったエネルギー移動が予測された。この段階的なエキシトン移動の中間状態はそれより高い準位と低い準位に主に含まれる配置をともに含んでおり、励起状態ではπ共役がメタ接合部位をつらぬいていることを示唆している。今後、さらに大きな実在系モデルでのエキシトンダイナミクスを実行し、また、原子種や結合様式、荷電状態やスピン状態の変化による影響などを検討する予定である。

研究成果

• [文献書誌] M.Nakano: "Quantum-phase dynamics of an atomic/molecular system interacting with a two-mode squeezed vacuum field : coexistence of quantum and thermal features"Chem.Phys.. 286. 257-266 (2003)
• [文献書誌] M.Nakano: "Intermolecular-interaction effects on the quantum dynamics of dimers interacti γ with a two-mode squeezed vacuum field"Synthetic Metals. 137. 1379-1380 (2003)
• [文献書誌] H.Fujita: "Remarkable enhancement of two-photon absorption in cation molecules"Synthetic Metals. 137. 1379-1380 (2003)
• [文献書誌] M.Takahata: "Asymmetric structural effects on exciton migration of dendritic molecular aggregates"Synthetic Metals. 137. 875-876 (2003)
• [文献書誌] M.Nakano: "Density analysis of intermolecular orbital-interaction effects on the second hyperpolarizabilities of π-π stacking dimers"J.Phys.Chem.A. 107. 4157-4164 (2003)
• [文献書誌] M.Nakano: "Monte Carlo Wave-Function (MCWF) Approach to Dissipative Quantum Systems Interacting with a Single-Mode Quantized Field"Int.J.Quantum Chem.. 95. 461-471 (2003)
• [文献書誌] M.Takahata: "One-and two-exciton migration dynamics of a dendritic molecular aggregate"Int.J.Quantum Chem.. 95. 472-478 (2003)
• [文献書誌] M.Nakano: "Monte Carlo wave-function approach to the quantum-phase dynamics of a dissipative molecular system interacting with a single-mode amplitude-squeezed field"J.Chem.Phys.. 119. 12106-12118 (2003)
• [文献書誌] M.Takahata: "Exciton Migration in Dendritic Aggregate Systems using the Quantum Master Equation Approach Involving Weak Exciton-Phonon Coupling"J. Theoretical and Computational Chem.. 2. 459-479 (2003)
• [文献書誌] M.Nakano: "Exciton migration dynamics in a dendritic molecule : Quantum master equation approach using ab initio molecular orbital configuration interaction method"J.Chem.Phys.. 120. 2359-2367 (2004)
• [文献書誌] M.Nakano: "Quantum-phase dynamics of molecular systems interacting with a two-mode squeezd vacuum field : detuning effects"Int.J.Quant.Chem.. (in press).
• [文献書誌] M.Nakano: "Theoretical study on on the Second Hyperpolarizability(γ) of a Homogeneous Molecule in the Bond Dissociation Process : Enhancement of γ in the Intermediate Correlation"J.Nonlinear Opt.Phys.Mat.. (in press).
• [文献書誌] S.Yamada: "Theoretical study on static second hyperpolarizabilities for several π-conjugated systems including nitrogen atoms : Effects of charge defects and extension of π-conjugation"J.Phys.Chem.A. (in press).
• [文献書誌] M.Nakano: "Third-order nonlinear optical responses of molecules in the intermediate and strong correlation regime : Variation of second hyperpolarizability in the bond dissociation"J. Computational Methods in Sciences and Engineering. (in press).
• [文献書誌] M.Nakano: "Advances in Multiphoton Processes and Spectroscopy"World Scientific. 146 (2003)
• [文献書誌] 中野雅由: "化学便覧 応用化学編 改訂第6版 II.9.1.1"丸善. 10 (2004)