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。

今年，为了开发一种可以定量分析表面吸附分子系统的STM发射的理论方法，我们将开发（1）一种基于量子场论的计算方法，称为“非平衡格林函数法”，以及（ 2）基于密度泛函理论的方法，推进了利用第一性原理状态计算“DFT计算”的理论研究。在使用非平衡格林函数（NEGF）方法的理论分析中，我们首先使用哈伯德NEGF方法制定了电传导和电场诱导发光。先前的研究使用了其他理论方法（使用量子主方程的方法、使用非平衡非交叉近似的方法、严格处理分子-金属键和进行分子内相互作用的微扰展开的方法），我们比较了理论模拟的结果。 Hubbard NEGF方法对电导特性进行了分析，并阐明了该方法在广泛的参数范围内是有效的，并在论文中报告了结果。此外，为了提高理论的定量性，从DFT计算的结果中提取理论分析所需的参数值，例如分子多体态的能量和电子振动相互作用的大小，并系统的材料依赖性被纳入。通过对单分子STM发射实验研究中使用的酞菁分子进行分析，发现在电导和光学特性中出现显着的激子效应，并且我们通过实验研究了该效应。可以通过以下方式证明这一点我们目前正在根据这一结果撰写一篇论文。此外，我们还将扩展该理论，以纳入由分子中的电子和空穴组成的激子与位于尖端/真空/基板界面附近的等离子激元之间的相互作用，以及有关酞菁分子表面吸附结构的理论的研究。还扩展到分析，结果正在论文中进行总结。