第一原理的固体光物性の提唱：分子性結晶の特徴づけとその光誘起相転移

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21540334
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 下位 幸弘 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 上級主任研究員 (70357226)
• 研究分担者: 岩野 薫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究機関講師 (10211765)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 光物性 / 分子性固体 / 物性理論 / 計算物理 / 有機導体

研究概要

平成２４年度は、本課題の最終年度にあたるため、これまでの成果を集大成するとともに、今後の新たな展開も念頭に置き研究を進めた。特に、本課題の主たる対象物質である(EDO-TTF)2PF6 に対して、昨年度に引き続き、我々が開発を進めてきた「環境場を無撞着に取り入れた第一原理計算」を用いた励起状態に対する原子緩和の理論について詳細な検討を進めた。その成果を取り纏め、Physical Review Lettersに論文発表した。また、この成果の重要性を考え、高エネルギー加速器機構からプレス発表をおこなった。より具体的には、この論文において、（１）CT２と呼ばれる特定の励起状態が大きな構造緩和を起こすこと、（２）この緩和の方向が絶縁体-金属転移で期待される構造変形に近く、特に分子間距離の変化に大きく見られる　ことなどを明らかにし、CT２からの励起緩和が光誘起相転移の初期過程として重要なことを理論的に解明した。
(BEDT-TTF)2I3に対して、ハイブリッド型密度汎関数法を用いることにより、この物質の電荷秩序状態を良く説明できることを、国際会議で発表した。
新たな展開も念頭においた研究として、水素結合型強誘電物質であるクロコン酸に対し、密度汎関数法を用いたクラスター計算を行った。この物質の励起状態と非線形光学効果に関し分子軌道からの知見をうることができ、実験研究とともにApplied Physics Letters に論文投稿を行った。その他、（チオフェン／フェニレン）コオリゴマーやナフチルヘキサトリエンなど有機材料について密度汎関数法計算などを行い、実験研究者と論文発表をおこなった。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Large second-order optical nonlinearity in a ferroelectric molecular crystal of croconic acid with strong intermolecular hydrogen bonds (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Sawada, H. Uemura, M. Sotome, H. Yada, N. Kida, K. Iwano, Y. Shimoi, S. Horiuchi, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 ページ: 162901-1-4
  • DOI: DOI:10.1063/1.4802727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic states of thiophene/phenylene co-oligomers: Extreme-ultra violet excited photoelectron spectroscopy observations and density functional theory calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawaguchi, F. Sasaki, H. Mochizuki, T. Ishitsuka, T. Tomie, T. Ootsuka, S. Watanabe, Y. Shimoi, T. Yamao, and S. Hotta
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 ページ: 083710-1-7
  • DOI: DOI:10.1063/1.4793505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revealing the Photorelaxation Mechanism in a Molecular Solid Using Density-Functional Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Iwano and Y. Shimoi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 ページ: 116401-1～5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.116401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence Properties of (E,E,E)-1,6-Di(n-naphthyl)-1,3,5-hexatriene (n = 1, 2): Effects of Internal Rotation (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sonoda, Y. Shimoi, M. Goto, N. Tohnai, and M. Kanesato
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 117 ページ: 566–578
  • DOI: 10.1021/jp306103a
  • 査読あり
• [学会発表] 密度汎関数法によって明らかにされる(EDO-TTF)2PF6における大きな格子緩和 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岩野薫、下位幸弘
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120918
• [学会発表] (チオフェン／フェニレン）コオリゴマー（TPCO）系有機半導体の電子状態：DFT計算ならびにEUPS実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺秀治、下位幸弘、川口喜三、佐々木史雄、望月博孝、石塚知明、大塚照久、富江敏尚、山雄健史、堀田收
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120918
• [学会発表] LARGE RELAXATION FROM A HIGHER EXCITATION IN (EDO-TTF)2PF6: PRECURSOR OF THE INSULATOR-TO-METALLIC PHOTOINDUCED PHASE TRANSITION PREDICTED BY FIRST-PRINCIPLES CALCULAITON (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Iwano and Y. Shimoi
  • 学会等名: Electronic States and Phases Induced by Electric or Optical Impacts
  • 発表場所: Pierre Lehmann Auditorium, Laboratoire de l’Accelerateur Lineaire (Orsay, フランス)
  • 年月日: 20120912-20120912
• [学会発表] CHARGE ORDERING IN α-(BEDT-TTF)2I3: DFT CALCULATIONS (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, Y. Shimoi and K. Iwano
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2012 (ICSM 2012)
  • 発表場所: Hyatt Regency Atlanta (ジョージア州、 アメリカ)
  • 年月日: 20120712-20120712
• [学会発表] LARGE RELAXATION FROM A HIGHER EXCITATION IN (EDO-TTF)2PF6 AS A PRECURSOR OF THE PHOTOINDUCED INSULATOR-TO-METAL PHASE TRANSITION (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Iwano and Y. Shimoi
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2012 (ICSM 2012)
  • 発表場所: Hyatt Regency Atlanta （ジョージア州, アメリカ)
  • 年月日: 20120709-20120709
• [学会発表] Large relaxation from a higher excitation in (EDO-TTF)2PF6 as a precursor of the insulator-to-metallic photoinduced phase transition (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Iwano and Y. Shimoi
  • 学会等名: 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012)
  • 発表場所: de Oosterpoort (Groningen, オランダ)
  • 年月日: 20120705-20120705
• [学会発表] Electronic structures of thiophene/phenylene co-oligomers: DFT calculations and photoelectron spectroscopies (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, Y. Shimoi, Y. Kawaguchi, F. Sasaki, H. Mochizuki, T. Ishitsuka, T. Ootsuka, T. Tomie, T. Yamao, and S. Hotta
  • 学会等名: 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012)
  • 発表場所: de Oosterpoort (Groningen, オランダ)
  • 年月日: 20120703-20120703
• [備考] 分子性固体(EDO-TTF)2PF6の光誘起相転移のメカニズムを理論によって解明
  • URL: http://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20130312103000/
• [備考] Revealing the mechanism of photoinduced phase ...
  • URL: http://legacy.kek.jp/intra-e/press/2013/032611/
• [備考] Revealing the mechanism of photoinduced phase ...
  • URL: http://www.lightsources.org/press-release/2013/03/26/revealing-mechanism-photoinduced-phase-transition-molecular-solid-edo