2022 年度研究成果報告書

大規模分子集合系の複合励起状態を対象とする高精度電子相関理論の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	19H02675
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関	京都大学
研究代表者	倉重佑輝京都大学, 理学研究科, 准教授 (30510242)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード	電子状態理論 / 励起状態
研究成果の概要	分子集積系が有する優れた電子的機能を分子構造や分子配向等ミクロレベルの情報からボトムアップ的に予測・解析し、分子構造から集合システムのマクロな電子機能をつなぐ新たな分子電子論として、分子集合系の多様な分子間遷移過程をバランス良く精密に記述する高精度励起状態理論を開発した。具体的には、開発を進めてきた分子内の量子エンタングルメントを記述するための密度行列繰り込み群法から着想を得て、分子間の量子エンタングルメントを記述する新たな波動関数モデルを導入し、励起子移動や一重項分裂、電荷分離など、複数の分子が関わる複合励起状態の素過程に対して、定量的な議論を可能とする高精度理論を実現した。
自由記述の分野	理論化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	有機薄膜太陽電池や光合成アンテナ系に代表される、分子集積システムにおける高効率なエネルギー変換・輸送など優れた電子的機能の原理を分子構造レベルで理解・制御することは物質科学における次の重要なステップである。分子集積システムの中ではエネルギー・電荷の移動、電荷分離・再結合など多数の複合励起状態の素過程がフェムト秒からナノ秒のスケールで競争的に起きており、それらの競争・協奏の結果として機能発現の仕組みを理解する必要があり、本研究で開発した集合系特有の複合励起状態の精密な記述を可能にする信頼性の高い計算手法により電子状態計算に基づく分子集合システムの電子機能解析・設計への貢献が期待される。