分子・プラズモンの発光過程における「多体量子ダイナミクス」の理論領域の開拓

发展分子和等离子体激元发光过程中的“多体量子动力学”理论领域

基本信息

批准号：
15J03915
负责人：
三輪邦之
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
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 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、表面吸着分子系からのSTM発光を定量解析できる理論手法を開発するため、(1)場の量子論に基づく計算手法「非平衡Green関数法」、(2)密度汎関数理論に基づく第一原理状態計算「DFT計算」を用いた理論研究を推進した。非平衡Green関数(NEGF)法を用いた理論解析ではまずHubbard NEGF法を用い、電気伝導および電界誘起発光の定式化を行った。先行研究において他の理論手法（量子マスター方程式を用いた手法、非平衡non-crossing近似を用いた手法、分子-金属間結合を厳密に取り扱い分子内相互作用について摂動展開を行なった手法）を使用した解析が報告されている、電気伝導特性について、Hubbard NEGF法を用いた理論シミュレートの結果と比較し、本手法が幅広いパラメータ領域において有効であることを明らかにし、その結果を論文にて報告した。さらに、理論の定量性を向上させるため、分子の多体状態のエネルギーや振電相互作用の大きさといった理論解析に必要なパラメータ値をDFT計算の結果から抽出し、系の物質依存性を取り入れた。単一分子からのSTM発光の実験研究で用いられている、フタロシアニン分子を対象とし解析を行なった結果、電気伝導特性および光学特性に顕著な励起子効果が現れることを明らかにし、その影響が実験において実証可能であることを解明した。現在、本成果をもとに論文を執筆中である。また、分子内の電子と正孔からなる励起子と探針/真空/基板の界面近傍に局在するプラズモンとの相互作用を取り入れた理論への拡張、および、フタロシアニン分子の表面吸着構造に関する理論解析などへも研究を発展させ、それらの結果をそれぞれ論文にまとめているところである。

在今年，为了开发一种理论方法，可以定量地分析表面吸附的分子系统的STM排放，我们使用（1）使用（1）计算方法“基于字段量子量子理论的非平衡绿色功能方法”促进了理论研究，并且（2）基于密度函数理论的第一个原理状态计算“ DFT计算”。在使用非平衡绿色功能（NEGF）方法的理论分析中，首先使用Hubbard negf方法来制定电导和野外诱导的发射。在先前的研究中，已经报道了使用其他理论方法（使用量子主方程，非平衡的非跨近似值的方法以及涉及严格处理分子 - 金属键的方法和分子内相互作用的扰动扩展的方法）。通过使用Hubbard negf方法比较理论模拟的结果，我们透露，该方法在广泛的参数域中有效，并且在论文中报告了结果。此外，为了改善定量理论，从DFT计算的结果中提取了理论分析所需的参数，例如分子多体态的能量和振动相互作用的大小，并纳入了系统的材料依赖性。分析单分子的STM发射实验研究中使用的邻苯丙氨酸分子表明，对电导传导和光学特性的显着激子效应出现，并且可以在实验中证明其效果。他目前正在根据这一发现撰写一篇论文。此外，研究已发展为理论，该理论结合了由电子和孔中的孔和等离子体组成的激子之间的相互作用，该基因和等离子位于探针/真空/底物的界面附近，以及对邻苯丙氨酸分子的表面吸附结构的理论分析，这些分子以及这些分子的结果已在论文中汇总在纸中。