研究課題
本研究は、鉄の多体効果に着目し、物性物理の土俵でヘムタンパク質を電子論的に議論することを主な目的としていた。具体的には、放射光分光の物性研究にて成功を収めてきた数値シュミレーション法をヘムタンパク質に適用し、実験スペクトルと比較することで様々な機能に関するヘム鉄状態の電子状態を理論的に解明することであった。本研究で掲げた具体的な研究目標は、①鉄の多体効果とポルフィリン環の強い混成効果を同等に扱うことのできるクラスター模型の構築、②基質分子の可逆的な吸脱着による電子状態変化の機構解明、③ヘム鉄の局所的な構造変化が鉄の３ｄ電子状態に与える影響、の三つであった。本研究ではまずポルフィリンクラスター理論模型の構築を行った。次に、その理論模型を用いて共鳴軟Ｘ線発光分光、Ｘ線光電子分光、Ｘ線吸収分光のスペクトル計算をすることに成功した。最終年度であった昨年度は、実験スペクトルとの比較をする予定であったが、実験進捗状況が遅れたため実験スペクトルと理論計算の直接の比較が不可能となった。そのため方針を変更し、計算パラメーターを系統的に変化させることで電子状態の変化の様子、まだそれに伴なってスペクトル形状がどのような変化をするかを調べた。また、本研究の派生として、ヘムタンパク質の活性中心である鉄の３ｄ電子状態は混合原子価状態をとることが明らかになったが、電子数は異なるもののヘム鉄の電子状態とほぼ同じ状態をとるクロム酸化物NaCr2O4の研究も行った。我々はＸ線吸収分光スペクトルの理論解析からNaCr2O4が負の電荷移動状態と正の電荷移動状態が混在する系であることを明らかにした。この研究成果は2018年1月にPhysical Review Bに掲載された。
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Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ
巻: ９６ ページ: ２４５１１３／１－５
10.1103/PhysRevB.96.245113
