| 研究課題/領域番号 |
20J20287
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
當波 孝凱 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | 一重項分裂 / シングレットフィッション / 外部静電場印加 / 量子ダイナミクス / 振電相互作用 / 量子化学計算 |
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| 研究実績の概要 |
一重項分裂(SF)は、1つの一重項励起子が2つの三重項励起子に分裂するという現象である。高効率なSFの発現に向け、これまで化学修飾によるSF分子の設計が理論・実験の両面から盛んに行われてきたが、申請者はSFの物理的制御に着目し静電場印加による高効率なSFの発現機構の可能性を予測した。そこで、本研究では量子化学計算と量子ダイナミクスの手法を用いてSFへの静電場印加効果を理論的に解明し、新しいSF制御指針の構築や静電場駆動型SFという新奇なSFを発現する物質の設計を行うことを目標とする。本年度は、(i)SFへの静電場印加効果の理論的解明、(ii)振電相互作用(VC)の計算/解析手法の確立の2点に焦点を当て研究を行い、次のような結果を得た。
(i)前年度に引き続き、SF分子であるペンタセンの二量体や多量体モデルにおいて外部静電場印加がSFに与える影響を検討した。その結果、静電場印加がSF制御法として有効であることが示唆された。
(ii)前年度までの検討で、SF過程の着目系に対する制御場や環境効果としての静電場の存在は、着目系の各励起状態のVCにも影響する可能性が示唆された。そこで本年度は、特にSFに寄与する励起状態のVCに関する検討を行った。一方、VCの計算量は膨大であるだけでなく、用いる電子状態計算の近似レベルによっては定性的に誤った結果を与える可能性が示唆されていた。そこで、高精度な電子状態計算が実行可能なペンタセンにおいて、VCの結果を定性的・（半）定量的に再現可能な簡便な計算手法の確立を目指した。その結果、新たに構築したフラグメント分割法を利用した計算/解析法により、小さな計算量で高精度な計算結果を再現可能であることを明らかにした。
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| 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
(i)に関して、SFに対する静電場印加効果を二量体や多量体モデルを用いて解明し、成果が学術雑誌に論文が掲載されたためである。さらに(ii)に関して、SFに寄与する励起状態のVCを小さな計算量で高精度に算出できる手法を確立することができたためである。この手法はサイズの大きなSF分子やその多量体において、静電場印加がVCやSFのメカニズムに与える影響を解明する上で非常に有用であり、本課題全体の目標達成という点のみならず、当該分野への波及効果という意味でも重要な成果になるといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は、これまでに開発した計算手法や得られた知見を用いて、(i)分子集合系内での静電場印加効果を解明、(ii)静電場駆動型SFという新規なSF機構を発現する分子を設計し提案することを目指す。
(i)結晶中や外部環境変化を考慮できる計算方法を用いて分子集合系内での静電場印加効果を解明する。具体的には、量子化学/分子力学計算と量子ダイナミクスシミュレーションを組み合わせた手法を用いて検討を行う。最終的には、分子から分子集合系まで考慮したSF制御指針の構築を目指す。
(ii)静電場駆動型SF に関しては、複数のSFユニットを1分子内に有する分子内SF分子を対象とする。SFユニットを固定する架橋部位の骨格が異なる分子やSFユニットの架橋位置が違う異性体を検討し、最終的には分子レベルから超分子レベルに適応可能な静電場駆動型SF分子の設計指針を構築する。
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