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2018 年度 実施状況報告書

ホットキャリア生成機構の理解に基づくプラズモンケミストリーの深化

研究課題

研究課題/領域番号 18K05042
研究機関放送大学

研究代表者

安池 智一  放送大学, 教養学部, 教授 (10419856)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードプラズモン / 電子ダイナミクス / 電子相関 / 位相緩和 / ジェリウムモデル
研究実績の概要

本研究の目的は,金属ナノ構造体における時々刻々の電子正孔対のエネルギーおよび空間分布を明らかにし,その近傍で起こるプラズモンケミストリー諸過程の定量的な予言を可能とすることである.今年度は以下の3点について研究を進めた.

(1)表面系などの半無限系へも展開可能なジェリウムモデルについての基底電子状態,光学応答が計算可能なコードの作成を行い,ナノ粒子系および特異な光応答が知られるIr(111)/Cs/graphene系についての計算を行い,その実効性を示した.
(2)電子正孔対のダイナミクスにおける電子相関の影響を調べるために,基底状態とプラズモン励起状態からなる波束に対応する「サウレス表示のフロケ擬固有状態波動関数」を構成し,サウレスパラメータの時間発展を通じてダイナミクスを解析する新たな手法を提案した.本手法を環状のナトリウムクラスターの分子面垂直方向のプラズモン励起に付随する電子正孔対のダイナミクスに適用し,次のことが明らかになった.(a) 電子相関により,ある軌道を占める電子対は避けあって互いに面の反対側に存在するようになる.(b) 互いに避けあった位置に電子はトラップされ,光励起による集団運動の励起には,ある閾強度よりも強い光が必要となる.(c) クラスターサイズの増大に伴って,より電子正孔対の運動の集団性は高まり,また,閾強度も低くなる.
(3)Au, Ag, Cuの8量体クラスターの超短パルス励起で生じる波束の位相緩和に関連して自己相関関数の解析を行い,Ag, Cuにおける集団励起の緩和の時定数がAuに比べて大きいことを明らかにした.従来よりAgが理想的なプラズモン励起を示すことは知られていたが,Cuの集団励起の遅い緩和は興味深い発見であると言える.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では,構成原子数が数個から数百個程度の金属クラスターおよびより大きなナノ構造体を扱うことのできるジェリウムモデルに対して,電子正孔対ダイナミクスの追跡を可能とする計算コードの開発を行い,プラズモン励起後の電子正孔対ダイナミクを明らかにすることを目的としている.初年度において,半無限系へも展開可能なジェリウムモデルについての基底電子状態,光学応答が計算可能なコードの作成が完了し,Ir(111)/Cs/graphene系をはじめとする実験的に興味深い系でその実効性を示すことができた.電子正孔対ダイナミクスのシミュレーションコードについてはこれからであるが,電子正孔対ダイナミクスに与える電子相関の役割,位相緩和ダイナミクスの解析を行うための新たな解析手法の開発も進んでおり,進捗は概ね順調であると判断できる.

今後の研究の推進方策

今年度開発した計算コードに基づいて,位相緩和およびフォノンとの相互作用による緩和を考慮した電子正孔対ダイナミクスの実時間発展が可能となるような拡張を行い,典型的な系においてテスト計算を行う.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Structures of Rhodium Oxide Cluster Cations Rh7Om+ (m = 4-7, 12, 14) Revealed by Infrared Multiple Photon Dissociation Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Fumitaka Mafune, Kohei Koyama, Toshiaki Nagata, Satoshi Kudoh, Tomokazu Yasuike, Ken Miyajima, Douwe M. M. Huitema, Valeriy Chernyy, Joost M. Bakker
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 ページ: 5964, 5971

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b11068

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pendular alignment and strong chemical binding are induced in helium dimer molecules by intense laser fields2018

    • 著者名/発表者名
      Qi Wei, Sabre Kais, Tomokazu Yasuike, Dudley Herschbach
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 115 ページ: E9058, E9060

    • DOI

      10.1073/pnas.1810102115

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of electrons in plasmonic excitation of ring-shaped Na clusters2018

    • 著者名/発表者名
      Kiyohiko Someda, Tomokazu Yasuike
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 98 ページ: 053436/1,11

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.98.053436

    • 査読あり
  • [学会発表] 光吸収による電子の集団励起:銀クラスター 40-70量体2019

    • 著者名/発表者名
      藤本周平,河野聖,荒川雅,堀尾琢哉,安池智一,寺嵜亨
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
  • [学会発表] 開放系電子状態理論による界面分子の光誘起非断熱ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      安池 智一
    • 学会等名
      第9回NTChemワークショップ
  • [学会発表] 表面光化学過程と電子ダイナミクスの諸相2018

    • 著者名/発表者名
      安池智一
    • 学会等名
      分子研研究会「光とナノ物質の相互作用:分子科学の未来に向けて」
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズモン励起に伴う電子集団運動と電子相関2018

    • 著者名/発表者名
      染田清彦,安池 智一
    • 学会等名
      分子科学討論会
  • [学会発表] TD-DFT計算による銀クラスター正イオンの電子励起における集団性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      藤本周平,河野聖,荒川雅,安池智一,寺嵜亨
    • 学会等名
      分子科学討論会
  • [学会発表] 二次元物質とIr(111)の間に層間挿入されたCs単原子層のプラズモン共鳴2018

    • 著者名/発表者名
      吉田龍矢,田中駿介,渡邊一也,安池智一,杉本敏樹,松本吉泰
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2018

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公開日: 2019-12-27  

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