| 研究課題/領域番号 |
25400409
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
渡辺 一之 東京理科大学, 理学部, 教授 (50221685)
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| 研究分担者 |
胡 春平 東京理科大学, 理学部, 助教 (00512758)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 時間依存密度汎関数法 / 電荷移動励起 / 電子線回折 / イオン散乱 / プラズモニクス / 有機分子 / レーザー刺激電界蒸発 |
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| 研究実績の概要 |
1.グラフェンフレーク（GF）の電子散乱とプラズモニクス：GFに電子波束を照射したときの低速電子線回折（LEED）像、誘起プラズマ振動について得られた成果（平成25年度報告書）を平成26年度に論文として発表した。平成26年度は、計算領域に吸収ポテンシャルを導入し、グラフェンフレークを二層にすることで、遅延反射電子線の興味深い特徴が得られた。また、その量は小さいものの明らかに2次電子が放出していることがわかった。結果は、国際会議と日本物理学会で発表した。Arイオンのグラフェンへの斜め方向の照射シミュレーションでは、照射角度と衝突位置で反射と透過の特性が大きく異なることを明らかにした。GFのプラズマ振動数を誘電関数から決定し、プラズモンが励起した時の2枚の近接したGF間の電場増強の性質を明らかにした。成果は論文に発表した。
2. レーザー刺激電界蒸発（LAFE）: 電界電子放射像（FEM）についてはある程度成果が得られたので、今年度からLAFEの研究にシフトした。Si4クラスターのHOMO-LUMOエネルギーギャップと光吸収スペクトルが外部強電界によって大きく影響を受けることを明らかにした。結果は日本物理学会で報告した。
3.誘起分子電荷移動励起状態野決定：平成25年度に開発した電子励起状態の摂動法計算プログラムを用いて、ノルム保存擬ポテンシャル・平面波基底で電荷移動励起エネルギーの実証計算を行った。結果としては、小さい分子系に対しては占有軌道数の少なさに起因する精度のばらつきが生じてしまうが、従来のΔSCF計算で変分崩壊が問題となる大きい分子系に対しては実験値と非常に良く一致することが分かった。また、スピン一重項状態を計算する場合、スピン自由度は結果に影響を与えないことが判明し、計算コストを削減できると考えられる。この成果は第一原理計算専門の国際会議で発表した。
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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
研究項目1では、年度目標であった、境界での複素ポテンシャルの導入、二層グラフェンの散乱シミュレーションの実施、2次電子放出シミュレーションの実施について達成している。また、Arイオンのグラフェンへの斜め方向の照射シミュレーションでは、照射角度と衝突位置で反射と透過の特性が大きく異なることを明らかにすることができたので当初の目的を達成した。また新しく立ち上げたプラズモニクスの計算についても、GFのプラズマ振動数の決定と電場増強の性質を明らかにしてすでに成果が得られている。
研究項目2では、FEMからLAFEの解析に移行し、実績の概要で述べたように新しい成果が得られたので順調である。
研究項目3の達成度は当初の予定より少し遅れている。平成26年度の研究目標は、摂動法計算コードの信頼性・効率性の向上、および応用計算により有機分子系の電荷移動励起のエネルギーに対する系統的な評価である。現在、計算コードに対するチェックが予定通り完了し、小さい分子系の計算で見えた精度のばらつきの原因を究明した。また、摂動を加えるアルゴリズムの改良でself-consistentの計算がすべて必要なく、効率性の向上を実現した。応用計算では、先行研究で計算した代表的な有機分子系に対して計算を実施し、摂動法で精度が十分であることが分かった。これは多くの場合、有機分子の電子供与体・電子受容体が十分に離れていることが原因で、導入予定のTDDFT修正線形応答計算を用いる必要もなくなる。さらに応用計算を展開する中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究項目1については、2次電子放射起源を明らかにすべく、ターゲットのエネルギー準位占有電子数の時間発展を追跡する。走査型電子顕微鏡（SEM）を使う実験グループとの議論を通して、2次電子の起源を明らかにしたい。GF層数を増やすことで、電子線の反射と透過の特性を明らかにし、関連データベースの研究を行っているグループとの共同研究も視野に入れる。固体表面への電子散乱数値解析も実施するために、周期的境界条件付電子状態計算（平面波基底）プログラムに電子散乱コードを組み込む。
研究項目2については、クラスターサイズを大きくして、光吸収スペクトルの外部電界依存性を詳細に調べる。吸収スペクトルピークに相当するエネルギーのレーザーを照射させることで、原子蒸発条件を明らかにしてゆく。本研究項目は3次元レーザー刺激アトムプローブトモグラフィーの実験の基礎研究であるので実験家との議論を密にしてゆく。
研究項目3では、開発済みの摂動法計算コードを使って応用計算をさらに展開し、特にデバイス応用に重要な有機分子系の電荷移動励起エネルギーの効率的な評価を行い、光電変換効率の向上に役立つ。具体的には、前年度の続きで有機分子の官能基の種類や個数の増減により励起エネルギーの変化を調べて、その結果から吸収波長領域の広い有機分子の設計方法を明らかにしたい。また、有機太陽電池のモデリングのために、電子供与体としてπ共役系有機分子が、電子受容体としてフラーレン誘導体が用いられる。このドナー材料とアクセプター材料の種類、配置や相互距離などの特性と計算結果の相関関係を明らかにしたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
物品代（消耗品）7,205円が残金となった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
7,205円を平成27年度に物品代（消耗品）として、使用する。
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