開殻分子系からなる非線形光学材料の量子化学的設計

开壳层分子系统非线性光学材料的量子化学设计

• 批准号: 11F01335
• 负责人: 中野 雅由
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01335/
• 关键词: 開殻系; ジラジカル; 非線形光学; 超分極率; 密度汎関数法; フラーレン; 対称性; デカボラン; アセン; シクロアセン; フェニレン

本年度は、炭素以外の元素を含む有機-無機ハイブリッド系について対象とし、量子化学の理論と計算に基づいて大きな超分極率を有する機能性分子の設計に取り組んだ。ここではホウ素原子からなる籠型形状をもったデカボラン(B_<10>H_<14>)とその誘導体(閉殻系)の三次NLO応答について、DFT計算に基づく理論解析を行った。実験的にも可能な誘導体として、デカボランの6,9位を置換した分子を設計した。この系はV字型形状を有しており、そのため超分極率テンソルの対角成分だけでなく非対角成分も大きくなると考えられる。これにより、異方性の大きなNLO特性を示すと期待され、従来のdonor-π-acceptor (D-π-A)型のNLO分子に比べて実際の応用的側面からも利点がある。6,9位に結合した水素を窒素原子に置換することで、6,9位のホウ素の空のp軌道に孤立電子からの電子供与が起こる。この電子構造の変化により、V字のアーム部分の成す角が変化した構造に変化する。この構造変化に起因して、NLO特性の異方性がさらに増大することが明らかになった。このような種々の元素の電子構造の違いを利用し、母骨格と置換基の組み合わせにより電子・幾何構造を変化させ、NLO物性の異方性を制御する試みは、化学、物理を始めとする広範な物質科学の研究者に対して大きなインパクトを与えると期待される。この研究についての結果は無機化学分野のトップレベル学術誌であるDalton Transactionsに投稿し公表した。また、研究期間内に取り組んできたフラーレン系を含む開殻カーボンナノマテリアル系の非線形光学特性に関する研究内容を取りまとめ、著書として共著で執筆した(CRC Press)。

今年，我们专注于含有碳以外元素的有机无机杂种系统，并根据量子化学理论和计算的大型超极化的功能分子设计。在这里，根据DFT计算，对具有由硼原子及其衍生物（封闭壳）制成的篮子形状的Decaborane（B_ <10> H_ <14>）的第三纪NLO响应进行了理论分析。作为实验可能的衍生物，设计了一个分子来替代6和9的脱骨位置。该系统具有V形形状，因此人们认为不仅是超极化张量的对角线成分，而且还增加了非脱节组件。预计这将表现出较大的各向异性NLO特性，并且与常规的供体-π-受体（D-π-A）型NLO分子相比，在实际应用方面是有利的。用氮原子在6和9处结合的氢代替氢原子会导致孤立电子捐赠的电子捐赠发生在硼的空p-硼龙在6和9的位置。电子结构的这种变化导致V形臂部分形成的角度变化为变化的结构。已经揭示了这种结构变化进一步增加了NLO特性的各向异性。通过利用各种元素的电子结构的差异，试图通过组合基质骨架和取代基来改变电子和几何结构，并控制NLO物理特性的各向异性，预计将对包括化学科学和物理学在内的广泛材料范围的研究人员产生重大影响。这项研究的结果发表在道尔顿交易中，这是无机化学领域的顶级学术期刊。他还编写了有关在研究期间一直在研究的开放壳碳纳米材料系统的非线性光学特性的研究内容，包括富勒烯系统，并作为书籍（CRC Press）共同撰写。

项目成果

Interplay between Diradical characters and Third-Order Nonlinear Optical Properties in Fullerenes Systems

富勒烯系统中双自由基特征与三阶非线性光学性质之间的相互作用

• 发表时间: 2013
• 作者: Shabbir Muhammad;Masayoshi Nakano;Shabbir Muhammad
• 通讯作者: Shabbir Muhammad

Interplay between dirtdical characters and third-order nonlinear opticalproperties in fullerenes systems

富勒烯系统中的肮脏特征与三阶非线性光学性质之间的相互作用

• 发表时间: 2012
• 作者: Shabbir Muhammad;Masayoshi Nakano;Shabbir Muhammad;Shabbir Muhammad
• 通讯作者: Shabbir Muhammad

Diradical Character and Nonlinear Optical Properties of Bucky ferrocenes with Conjugated π-Electron and Metal-Metal Spin Correlation

具有共轭 π 电子和金属-金属自旋相关性的巴基二茂铁的双自由基特征和非线性光学性质

• 发表时间: 2013
• 作者: Shabbir Muhammad;Masayoshi Nakano
• 通讯作者: Masayoshi Nakano

An interplay between diradical character and nonlinear optical properties in fullerenes and their bucky betallocenes

富勒烯及其巴基倍茂烯的双自由基特性和非线性光学性质之间的相互作用

• 发表时间: 2012
• 作者: Shabbir Muhammad;Masayoshi Nakano;Shabbir Muhammad;Shabbir Muhammad;Shabbir Muhammad
• 通讯作者: Shabbir Muhammad

Sanibel受賞

萨尼贝尔奖