第一原理動力学シミュレーションによる分子ジャイロスコープの機能評価と設計

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22655003
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 河野 裕彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70178226)
• 研究分担者: 瀬高 渉 徳島文理大学, 薬学部, 准教授 (60321775)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• キーワード: 分子ジャイロ結晶 / 第一原理動力学 / 配向制御 / 分子間力

研究概要

高機能分子ジャイロスコープの設計・合成を目指し、近年合成されたシラアルカンかご状骨格を持つ複雑な分子ジャイロ結晶などの物性・機能を第一原理理論に基づいて評価した。密度汎関数法や密度汎関数緊密結合法(DFTB法)に基づく電子状態計算によってこの分子ジャイロのX線構造を再現し、回転子であるベンゼン環の回転を支配するポテンシャル曲面を算出した。さらに、ベンゼン環が回転して別の平衡構造に移っていく動的挙動をDFTB法に基づいた分子動力学よって明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Thermal modulation of birefringence observed in a crystalline molecular gyro-top (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Setaka, K. Yamaguchi
  • 雑誌名: PNAS 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Verification of Nonthermal Microwave Effects on Intramolecular Reactions (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kanno, K. Nakamura, E. Kanai, K. Hoki, H. Kono, and M. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 116 ページ: 2177-2183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanosecond Simulations of the Dynamics of C60 Excited by Intense Near-IR Laser Pulses : Impulsive Raman excitation, Rearrangement, and Fragmentation (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Niitsu, M. Kikuchi, H. Ikeda, K. Yamazaki, M. Kanno, H. Kono, K. Mitsuke, M. Toda, K. Nakai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 136 ページ: 164304-1-164304-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] 量子化学計算パッケージMOLPROの電子励起状態計算への応用と並列化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山崎馨, 河野裕彦
  • 雑誌名: 東北大学サイバーサイエンスセンター大規模計算システム広報SENAC 巻: 44巻 ページ: 33-39
• [雑誌論文] Ultrafast radiationless transition pathways through conical intersectionsin photo-excited 9H-adenine (2010)
  • 著者名/発表者名: W. M. I. Hassan, W. C. Chung, N. Shimakura, S. Koseki, H. Kono and Y. Fujimura
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 12 ページ: 5317-5328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shape anisotropy induces rotations in optically trapped red blood cells (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Bambardekar, J. A. Dharmadhikari, A. K. Dharmadhikari, T. Yamada, T. Kato, H. Kono, Y. Fujimura, S. Sharma, and D. Mathur
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Optics 巻: 15 ページ: 041504-1-041504-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-adiabatic Response Model of Laser-induced Ultrafast .-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Kanno, H. Kono, Y. Fujimura, and S. H. Lin
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 104 ページ: 108302-108304
  • 査読あり
• [雑誌論文] ケイ素の特長を利用した分子機械研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉, 吉良満夫
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 68巻 ページ: 930-938
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Gyroscope Having a Halogen-substituted p-Phenylene Rotator and Silaalkane Chain Stators (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Setaka, S. Ohmizu, M. Kira
  • 雑誌名: Chem. Lett 巻: 39 ページ: 468-469
  • 査読あり
• [雑誌論文] 反Muetterties則の5配位ケイ素化合物 (2010)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉
  • 雑誌名: ケイ素化学協会誌 巻: 27巻 ページ: 14-17
  • 査読あり
• [学会発表] 化学反応を操る-極限に迫る実験化学と理論化学- (2011)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 学会等名: 2011国際化学年記念化学系講演会-化学のさらなる発展を目指して-
  • 発表場所: 岩手大学(盛岡市)
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] ベンゼン環を回転子とする分子ジャイロコマの創製と分子運動の機能利用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉
  • 学会等名: JSTさきがけ公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] ジメトキシフェニレン架橋分子ジャイロコマの合成と反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉開成棋
  • 学会等名: 日本薬学会第50回中国四国支部学術大会
  • 発表場所: 高松
  • 年月日: 2011-11-12
• [学会発表] Synthesis and Properties of Phenylene-bridged Macrocages as Molecular Gyro-tops, International Symposium on Functional π-Electron Systems (FPi-10) (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Setaka
  • 学会等名: Beijing (China)
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] Theoretical investigation of the structures and dynamics of synthesized molecular gyroscopes (2011)
  • 著者名/発表者名: A. B. Marahatta
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 分子ジャイロコマとしてのフェニレン架橋ジシラアルカンかご化合物の合成および構造のかごサイズ効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉
  • 学会等名: 第22回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Control of Vibrational Dynamics and Reaction of C60 and Its Derivatives by Near-infrared Fields (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kono, N. Niitsu, K. Yamazaki, K. Nakai, M. Toda, and S. Irle
  • 学会等名: The XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics (QSCP-XVI)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-13
• [学会発表] Theoretical investigation of the structures and dynamics of synthesized molecular gyroscopes (2011)
  • 著者名/発表者名: A. B. Marahatta
  • 学会等名: 4th Global COE Summer School
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2011-08-18
• [学会発表] 結晶中でベンゼン環が回転する分子ジャイロコマの合成、構造と回転運動による物性変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉
  • 学会等名: 日本液晶学会ソフトマターフォーラム/高分子学会九州支部有機材料研究会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] Phenylene-bridged Silaalkane Macrocages as Novel Molecular Gyro-Tops (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Setaka
  • 学会等名: 14th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-14)
  • 発表場所: Eugene (USA)
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] 分子ジャイロコマとしてのフェニレン架橋かご型化合物の固体NMR (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉
  • 学会等名: 日本分析化学会有機微量分析研究懇談会第28回合同シンポジウム
  • 発表場所: 米沢
  • 年月日: 2011-05-12
• [学会発表] First-principles simulation of laser control of nanocarbons (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 学会等名: JSPS Asian CORE Workshop on Next Generation Ultra-Short Pulse Lasers for High Field and Ultrashort Science
  • 発表場所: RIKEN, Japan
  • 年月日: 2011-03-04
• [学会発表] 分子コンパスの創製と配向制御による光機能発現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬高渉
  • 学会等名: JSTさきがけ3研究領域合同研究報告会
  • 発表場所: 東京大学鉄門記念講堂
  • 年月日: 2011-01-07
• [学会発表] Control of vibration and fragmentation of C60 by intense near-infrared pulses : First-principles molecular dynamics simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kono, N. Niitsu, M. Kikuchi, K. Nakai, M. Toda
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 20100000
• [学会発表] Nonadiabatic response of time-dependent natural orbitals (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kono and T. Kato
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Synthesis, structure and functions of a phenylene-bridged disilaalkene macrocage as a framed molecular top (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Setaka, K. Yamaguchi
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-15
• [学会発表] Control of Molecules in Near-Infrared Intense Laser Fields : Rearrangement and Fragmentation Dynamics of C60 (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 学会等名: International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science 9
  • 発表場所: Maui, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] 「電子動力学と分子の光制御-非摂動論領域の新展開-」CMSI (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 学会等名: 研究会:「新量子相・新物質の基礎科学」
  • 発表場所: 自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2010-11-12
• [学会発表] Ab Initio Dynamics Simulation of the Molecular Gyroscope (2010)
  • 著者名/発表者名: A. B. Marahatta, K. Hoki, W. Setaka and H. Kono
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会2010大阪
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] A Phenylene-Bridged Silaalkane Macrocage as a Framed Molecular Top (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Setaka, S. Ohmizu, K. Yamaguchi, and M. Kira
  • 学会等名: International Conference of Synthetic Metals 2010
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center
  • 年月日: 2010-07-08
• [図書] Simulation of nuclear dynamics of C_60 : From vibrational excitation by near-IR femtosecond laser pulses to subsequent nanosecond rearrangement and fragmentation, Progress in Theoretical Chemistry and Physics (the Proceedings of QSCP-XVI) (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Niitsu, M. Kikuchi, H. Ikeda, K. Yamazaki, M. Kanno, H. Kono, K. Mitsuke, M. Toda, K. Nakai, and S. Irle
  • 出版者: Springer(in press)
• [図書] 「C_60の高強度レーザー励起ダイナミクス」レーザーと化学化学の要点シリーズ4 (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野裕彦
  • 総ページ数: 96-97
• [図書] Control of-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules Using Intense Laser Pulses inProgress in Ultrafast Intense Laser Science VII (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kanno, H. Kono and Y. Fujimura
  • 総ページ数: 53-78
  • 出版者: Springer
• [図書] How do molecules behave in intense laser fields? Theoretical aspects, Lectures on Ultrafast Intense Laser Science I (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kono
  • 総ページ数: 111-134
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www.mcl.chem.tohoku.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.mcl.chem.tohoku.ac.jp/index-j.html