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

2005 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, 教授 (80252568)
• キーワード: 量子光 / デンドリマー / エキシトン / マスター方程式 / 緩和 / ナノスター / 非線形光学 / モンテカルロ波動関数法

研究概要

分子集合体の1エキシトンモデルから求められた多状態に通常のレーザー光を照射し、そのあとカットすることにより、緩和が小さい場合、空間的なエキシトンの回帰運動が見られることが予測された。この回帰運動は、空間的に広がった分布をもつ複数の擬縮重エキシトン状態がレーザー場により重ね合わせ状態になることに起因する。簡単なダイマーモデルやデンドリティックモデルについて検討し、分子間の相互作用を調節するよう配置したデンドティック分子集合体では、外縁部間あるいは外縁部と内縁部との間でエキシトンの回帰運動が生じることがわかった。エキシトン-フォノンカップリングを導入し、エキシトン状態間の緩和が入ると、この回帰運動は減衰していくことが判明した。今後、様々な構造での回帰運動の構造-特性相関や緩和との関係を明らかにし、量子光との相互作用の場合についても検討していくことは興味深いと考えられる。
これまで2次元の分子集合体のエキシトン移動を取り扱ってきたが、これを3次元の分子集合体も扱えるよう拡張し、さらに、エキシトン-フォノン結合に起因する緩和をモンテカルロ波動関数法により取り扱う計算スキームを開発した。モンテカルロ波動関数法は、モンテカルロトラジェクトリー1本あたり考慮する基底の数にほぼ比例する計算量のため、従来のマスター方程式法(基底の二乗に比例)に比べて、より大きなサイズの系や多くの緩和チャネルをもつ系を取り扱うことが可能になると考えられる。今回は、2次のモンテカルロ波動関数法をナノスター分子集合体のエキシトン移動の移動に適用し、従来のマスター方程式法の結果を良く再現することが判明した。今後は、ポピュレーション緩和だけでなく、純粋位相緩和も取り扱えるように拡張する予定である。
本研究の過程で新たに発見された新規の非線形光学物質系である開殻分子系については、実在系としてベンゼンのパラ位にイミダゾール環やトリアゾール環が置換したジラジカル系を考慮し、ジラジカル因子、荷電状態、スピン状態が三次非線形光学特性(分子レベルでは第二超分極率γ)に与える影響を詳細に検討した。最も信頼性の高いUCCSD(T)法の結果から、中間のジラジカル性をもつ場合が閉殻系(ジラジカル因子が0)に比べて著しく大きなγを与えることが予想された。また、正の荷電の導入により、ジラジカル因子の大きさは低下し、負の寄与が相対的に大きくなるのでγは小さな正または負の値をとることが予想された。スピン状態によるγの変化は、一重項と三重項ジラジカル系において検討した。Pauliの排他律から予想されるように、三重項ジラジカル系のγは一重項ジラジカル系のγに比べて大幅な減少を示した。今後さらに他の構造をもつ系や原子種をもつ系について検討していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] A proposal of spin- and charge-modulated open-shell nonlinear optical systems (2005)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakano
  • 雑誌名: Synthetic Metals 154 ページ: 309-312
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Formulation of master equation approach involving spin-phonon coupling : Toward an understanding of spin dynamics in magnetic dendrimers (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takahata
  • 雑誌名: Polyhedron 24 ページ: 2653-2657
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Basis set and electron correlation effects on the polarizability and second hyperpolarizability of model open-shell π-conjugated systems (2005)
  • 著者名/発表者名: Benoit Champagne
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 122 ページ: 114315-1-114315-12
• [雑誌論文] Quantum Master Equation Approach to the Second Hyperpolarizability of Nanostar Dendritic Systems (2005)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakano
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 109 ページ: 7631-7636
• [雑誌論文] Polarizability and Second Hyperpolarizability of Open-Shell π-conjugated Compounds from Spin Projection Method Calculations (2005)
  • 著者名/発表者名: Benoit Champagne
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 407 ページ: 372-378
• [雑誌論文] Quantum Dynamics in High-Spin Molecules, Spin Dendrimers, and Spin Lattices (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takahata
  • 雑誌名: Int.J.Qunatum Chem. 105 ページ: 615-627
• [雑誌論文] Theoretical study on two-photon absorption for symmetric molecular systems composed of charged groups linked with π-conjugated bridges (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Kishi
  • 雑誌名: Synthetic Metals 154 ページ: 181-184
• [雑誌論文] Quantum-phase dynamics of two-component Bose-Einstein condensates : collapse-revival of macroscopic superposition states (2005)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakano
  • 雑誌名: Physica B 370 ページ: 110-120
• [雑誌論文] Theoretical Study on Second Hyperpolarizabilities of Diradical Systems (2005)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakano
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optics, Quantum Optics 34 ページ: 29-32
• [雑誌論文] Spin State Dependence of Second Hyperpolarizabilities of Diradical Molecules (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Kishi
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optics, Quantum Optics 34 ページ: 33-36
• [雑誌論文] Second Hyperpolarizability (γ) of Singlet Diradical System : Dependence of γ on the Diradical Character (2005)
  • 著者名/発表者名: Nozomi Nakagawa
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optics, Quantum Optics 34 ページ: 37-40
• [雑誌論文] Theoretical study on nonlinear optical (NLO) properties of modified DNA Bases (2005)
  • 著者名/発表者名: Satoru Yamada
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optics, Quantum Optics 34 ページ: 115-119
• [雑誌論文] Second hyperpolarizabilities of polycyclic aromatic hydrocarbons involving phenalenyl radical units (2005)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakano
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 418 ページ: 142-147
• [雑誌論文] Monte Carlo wavefunction approach to the exciton dynamics of molecular aggregates with exciton-phonon coupling (2005)
  • 著者名/発表者名: Suguru Ohta
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 419 ページ: 70-74
• [雑誌論文] Intermolecular interaction effects on second hyperpolarizabilities of clusters including charged species
  • 著者名/発表者名: M.Nakano
  • 雑誌名: Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering (in press)
• [雑誌論文] Quantum Dynamics of Exciton Recurrence Motion in Dendritic Molecular Aggregates
  • 著者名/発表者名: Hiroya Nitta
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry (in press)
• [雑誌論文] Second hyperpolarizability of phenalenyl radical system involving acetylene π-conjugated bridge
  • 著者名/発表者名: Suguru Ohta
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. (in press)
• [図書] デンドリティック高分子 多分岐構造が拡げる高機能化の世界 第1編3節3.1 (2005)
  • 著者名/発表者名: 岸亮平, 太田克, 中野雅由
  • 総ページ数: 523
  • 出版者: エヌ・ティー・エス