有機ラジカルを用いた電子トンネリング効率の計算

使用有机自由基计算电子隧道效率

• 批准号: 15J03375
• 负责人: 西澤 尚平
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J03375/
• 关键词: ジアリールエテン; ビラジカル; 交換相互作用; 分子スイッチ; 分子ワイヤ; 分子エレクトロニクス; 計算化学; スイッチング効率

今年度は、分子エレクトロニクス分野で最も重要な電子素子のひとつである分子スイッチの性能評価に関する研究を実施した。高性能なスイッチング分子を設計・開発するにはスイッチング効率（SE）を最大にするような分子を考案すればよい。私は光照射下におけるDAEのSEを電子トンネリング効率βの観点から解釈することで、SEの大きなスイッチング分子を設計する指針を得ようと試みた。私は3-thienyl型DAE(3T),3-thienyl酸化型DAE(3TSO2),2-thienyl型のDAE(2T),2-thienyl型の酸化型DAE(2TSO2)の4種類のDAEに対して、開環体・閉環体それぞれの両端にニトロニルニトロキシド(NN)を結合させ、分子内交換相互作用JをDFT計算に基づく山口法により計算し、それぞれのDAEのSEを計算した。結果3TのSEが400と最も大きく、2T, 2TSO2が約1/20と最も小さいことがわかった。私はSEが開環体と閉環体それぞれのJの減衰定数βの関数で表現できるのではないかと考えた。そこで、それぞれのβを、それぞれのDAEのオリゴマーを設計し両端にNNを結合させJをDFT計算に基づく山口法により計算し、分子長に対するJの減衰から求めた。SEが両異性体のβの差ΔβによってSE ＝ exp(Δβl)と表されるのことが見いだされたので、この式が実際の4種類のDAEのSEの序列を再現できるかを調べた。結果 3Tに関してSEは241, 2Tは1/29, 2TSO2に関しては1/20となり、この式は4種類のDAEのSEの序列を再現することがわかった。従ってSEは開環体と閉環体の電子トンネリングのスイッチングとして理解できることが分かった。また今回調べた4種類のDAEにおいては3Tがスイッチング分子として最も有用であることが結論付けられた。

今年，我们对分子电子学领域最重要的电子器件之一分子开关的性能评估进行了研究。为了设计和开发高性能开关分子，我们需要设计能够最大限度提高开关效率（SE）的分子。我试图从电子隧道效率β的角度解释DAE在光照射下的SE，从而获得设计具有大SE的开关分子的指南。我使用四种类型的 DAE：3-噻吩基氧化 DAE (3T)、3-噻吩基氧化 DAE (3TSO2)、2-噻吩基氧化 DAE (2T) 和 2-噻吩基氧化 DAE (2TSO2)。将硝基硝基氧(NN)键合到DAE的开环和闭环形式的两端，使用基于DFT计算的Yamaguchi方法计算分子内交换相互作用J，并计算每个DAE的SE。结果发现，3T的SE最大，为400，2T和2TSO2的SE最小，约为1/20。我认为 SE 可以分别表示为开环体和闭环体 J 的阻尼常数 β 的函数。因此，通过设计每个DAE的寡聚物，将NN结合到两端，使用基于DFT计算的Yamaguchi方法计算J，并确定J相对于分子长度的衰减来确定每个β。结果发现，SE 可以通过两种异构体之间的 β 差异 Δβ 表示为 SE = exp(Δβl)，因此我们研究了该公式是否可以重现四种 DAE 的实际 SE 顺序。结果 3T 的 SE 为 241，2T 的 SE 为 1/29，2TSO2 的 SE 为 1/20，并且发现该公式再现了四种 DAE 的 SE 顺序。因此，发现SE可以理解为电子隧道效应在开环和闭环形式之间的切换。此外，得出的结论是，3T是本次研究的四种DAE中最有用的开关分子。

项目成果

University of Nantes(フランス)

南特大学（法国）

ジアリールエテン誘導体の光スイッチング効率に関する計算化学的研究：電子トンネリング効率βに基づく物理有機化学的考察

二芳基乙烯衍生物光开关效率的计算化学研究：基于电子隧道效率β的物理有机化学考虑

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Nishizawa;J.-y. Hasegawa;K. Matsuda;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児;Shohei Nishizawa Jun-ya Hasegawa Kenji Mastuda;西澤尚平 長谷川淳也 松田建児
• 通讯作者: 西澤尚平 長谷川淳也 松田建児

Computational Investigation of the Structural Dependence of Switching Efficiency of Exchange Interaction and Hyperpolarizability on Diarylethenes

交换相互作用的转换效率和超极化性对二芳基乙烯的结构依赖性的计算研究

• 发表时间: 2016
• 作者: S. Nishizawa;J.-y. Hasegawa;K. Matsuda;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児
• 通讯作者: 西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児

Theoretical Investigation of the Efficiency of Electron Propagating through Molecules Using Biradical Molecular Wires by DFT Calculations

通过 DFT 计算利用双自由基分子线对电子在分子中传播的效率进行理论研究

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Nishizawa;J.-y. Hasegawa;K. Matsuda;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児;Shohei Nishizawa Jun-ya Hasegawa Kenji Mastuda
• 通讯作者: Shohei Nishizawa Jun-ya Hasegawa Kenji Mastuda

ジアリールエテンの交換相互作用および超分極率のスイッチング効率の構造依存性の計算化学的評価

二芳基乙烯中交换相互作用和超极化转换效率的结构依赖性的计算化学评估

• 发表时间: 2016
• 作者: S. Nishizawa;J.-y. Hasegawa;K. Matsuda;西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児
• 通讯作者: 西澤尚平 Arnaud Fihey Denis Jacquemin 長谷川淳也 松田建児