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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Studies on nonlocal excited-state dynamics in semiconductors via novel computational-chemistry techniques

Research Project

Project/Area Number 21K14591
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

浦谷 浩輝  京都大学, 工学研究科, 特定助教 (50897296)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords励起状態 / 半導体 / ダイナミクス / 量子化学 / 計算化学
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、これまで開発および応用してきたpatchwork-approximation (PA)-based Ehrenfest法について、その適用対象の拡張およびより詳細な結果解析を目指し、2つの方向に手法面の拡張を行った。
1つ目に、これまでPA-based Ehrenfest法は純粋なスピン一重項状態だけを想定したものであったが、スピン状態の変化を伴う過程(系間交差および逆系間交差)にも適用可能とするべく、拡張に向けた取り組みを進めた。具体的には、異なるスピン状態を混合する効果であるスピン軌道相互作用を密度汎関数強束縛(DFTB)法に基づいて評価し、これに伴う一重項・三重項混合状態の記述を行った。また、同手法を非断熱分子動力学法の一種であるsurface hopping法と組み合わせることで系間交差の記述ができることを実証した。ただし、同手法をPA-based Ehrenfest法に組み込む作業は将来的な課題として残された。
2つ目に、結果の解釈をより容易にすることを目指した改良を進めた。これまでのPA-based Ehrenfest法では時間依存する電子状態を記述するために1電子縮約密度行列を用いていたため、電子密度や電気双極子モーメント等の物理量は計算できるものの、電子状態にどのような電子配置が寄与しているのかを容易に知ることはできなかった。このため、記述される電子状態を定性的に解釈することは困難であった。本研究ではこの点を改善するべく、考えられる電子配置の線形結合で電子状態を記述することとし、各配置の係数および配置を構成する分子軌道を時間依存シュレーディンガー方程式に基づき時間発展させる手法の定式化を行った。

  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Neutral-to-ionic photoinduced phase transition of tetrathiafulvalene-p-chloranil by electronic and vibrational excitation: A real-time nuclear-electronic dynamics simulation study2023

    • Author(s)
      Hanada Tatsuki、Uratani Hiroki、Nakai Hiromi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 159 Pages: 054101

    • DOI

      10.1063/5.0159424

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Born-Oppenheimer molecular dynamics study on collective protein dynamics invoked by ultrafast photoisomerization of retinal chromophore in bacteriorhodopsin2023

    • Author(s)
      Nakai Hiromi、Uratani Hiroki、Morioka Toshiki、Ono Junichi
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 830 Pages: 140818~140818

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2023.140818

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 動的エキシトン観察手段としての実時間シミュレーション:有機太陽電池における電荷分離過程を例に2024

    • Author(s)
      浦谷 浩輝
    • Organizer
      日本化学会春季年会
    • Invited
  • [Presentation] 有機薄膜太陽電池におけるエキシトン解離過程の実時間シミュレーションと可視化2024

    • Author(s)
      浦谷 浩輝
    • Organizer
      ISSPワークショップ「デバイス活用で臨む有機伝導体の未来」
    • Invited
  • [Presentation] Kinetics of thermally activated delayed fluorescence in amorphous aggregates: effects of structural disorder2023

    • Author(s)
      Hiroki Uratani, Katsuyuki Shizu, and Hironori Kaji
    • Organizer
      TACC2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機薄膜太陽電池におけるエキシトン解離過程の非断熱量子分子動力学シミュレーション2023

    • Author(s)
      浦谷 浩輝
    • Organizer
      光化学討論会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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