第一原理計算とモデル計算を併用した高効率光誘起相転移物質の理論的探索

结合第一性原理计算和模型计算对高效光致相变材料进行理论探索

• 批准号: 16740181
• 负责人: 川本 徹
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16740181/
• 关键词: 光誘起相転移; ルシアンブルー型錯体; ナノ粒子; 配位子; 第一原理計算; シミュレーション; 半経験的分子軌道法; イジング模型; モンテカルロシミュレーション; スピン転移; モンテカルロ; スピンクロスオーバー; シアノ架橋錯体; プルシアンブルー; ナノ微粒子; 動的相転移

北陸先端大山田助教(現東京農工大特任助教授)と共同で、シアノ架橋金属錯体ナノ粒子の磁性等の、表面配位子効果について研究を行った。これらの材料は光誘起磁性を示す物であるが、表面を修飾する長鎖アルキル鎖を持つ配位子の種類によって、磁化の大きさが異なることを山田助教が発見した。我々は、この理由が、配位子が結合する遷移金属が6配位高スピン構造から4配位低スピン構造に変化することを密度汎関数法の計算により明らかにした。具体的には、ニッケルにピリジン、エチルアミン、水が配位した場合の安定構造及びスピン状態をそれぞれ計算し、エネルギー比較から構造の安定性を議論した。磁化の変化は、配位子が結合する金属原子の比率が配位子の種類によって変化し、その結果、低スピンになる金属原子の比率が配位子に依存するためであると考えられる。この結果は、現在論文を執筆中である。また、錯体ナノ粒子を合成する際には、前述の通り、長鎖アルキル鎖を持つ配位子を使用するが、表面に長鎖アルキル鎖を持つ配位子が多数配位した場合に、その構造は明らかではない。我々は特に、金表面中にテルル末端配位子が吸着した際の構造について、半経験的分子軌道法により計算した。結果として、テルル末端配位子を利用した場合、配位子が高分子化し、硫黄末端配位子の場合と構造が大きく異なることを示した。この結果は、産総研中村徹主任研究員が実施した実験結果と一致する。

我们与北陆科学技术大学的小山田助理教授（现任东京农工大学特聘助理教授）合作，对氰基交联金属复合纳米粒子的磁性等表面配体效应进行了研究。尽管这些材料表现出光生磁性，但山田助理教授发现，磁化强度的大小取决于具有修饰表面的长烷基链的配体类型。我们通过密度泛函理论计算阐明，其原因是配体结合的过渡金属从6配位高自旋结构转变为4配位低自旋结构。具体来说，我们计算了镍与吡啶、乙胺和水配位时的稳定结构和自旋态，并从能量比较中讨论了结构的稳定性。磁化强度的变化被认为是因为与配体结合的金属原子的比例根据配体的类型而变化，因此，低自旋金属原子的比例取决于配体。目前这一结果正在写成一篇论文。另外，在合成复合纳米粒子时，如上所述，使用具有长烷基链的配体，但是当许多具有长烷基链的配体在表面配位时，其结构并不清晰。特别是，我们使用半经验分子轨道方法计算了碲封端配体吸附到金表面时的结构。结果表明，当使用碲末端配体时，配体发生聚合，其结构与硫末端配体的结构显着不同。这一结果与日本产业技术研究院（AIST）高级研究员中村彻（Toru Nakamura）进行的实验结果一致。

项目成果

Monte Carlo simulations of an Ising-like model for photoinduced spin-state switching in nanoparticles of transition metal complexes

过渡金属配合物纳米粒子光致自旋态转换类伊辛模型的蒙特卡罗模拟

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Physics : conference series 21
• 作者: K.Shudo;T.Kirimura;N.Kaneko;M.Takahashi;T.Ishikawa;M.Tanaka;Kenji Ohwada et al.;Kenji Ohwada et al.;M.Ohno et al.;H.Kondo 他;磯部 卓志 他;Tohru Kawamoto
• 通讯作者: Tohru Kawamoto

Dynamical Phase Transition under photo-excitation in a Spin-Crossover Complex

自旋交叉复合物中光激发下的动态相变

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Luminescence 108
• 作者: K.Shudo;T.Kirimura;N.Kaneko;M.Takahashi;T.Ishikawa;M.Tanaka;Kenji Ohwada et al.;Kenji Ohwada et al.;M.Ohno et al.;H.Kondo 他;磯部 卓志 他;Tohru Kawamoto;Y.Moritomo et al.
• 通讯作者: Y.Moritomo et al.