開殻ナノ構造体の非線形光学応答物性に関する理論研究

开壳纳米结构非线性光学响应特性的理论研究

基本信息

批准号：
15J04949
负责人：
福田幸太郎
金额：
$ 1.22万
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：
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

项目摘要

採用最終年度である本年は、開殻ナノ構造体の高次構造である非対称な電荷移動性に着目し、検討を行った。これは従来対称で電荷移動性の効果が小さい構造に対して検討が主に行われてきた開殻非線形光学物質の設計に非対称性をあらわに導入することに対応する。以下に詳細を示す。実在ヘテロ原子置換Chichibabin炭化水素骨格へと着目し、その電荷移動性、開殻性、三次非線形光学物性の解明を行なった。これらの系は実在の骨格であり、混合原子価化合物として注目を集めているが、その酸化状態を変化させた、Chichibabin炭化水素骨格と等電子構造を持つ状態の検討はほとんど行われていない。これらの解析を行なった結果、中間的な開殻性が発現する対称系の一重項状態及び閉殻で中間的な電荷移動性が発現する、中間的な非対称性を持つ系の一重項状態において著しく大きな三次NLO物性が発現することが判明した。これはヘテロ原子置換Chichibabin炭化水素が一重項状態において優れたNLO材料となることを明らかにするのみならず、電荷状態によってスイッチ可能なNLO材料の可能性を示す。次に、非対称ヘテロフェナレニル二量体の解離に伴う電子状態のジラジカル/イオン性因子による定量化と三次NLO物性の変化を検討した。このモデルは分子間距離とヘテロ原子対を変化させることで電荷の非対称性と面間相互作用を自在に制御しながら、ジラジカル/イオン性因子と三次NLO物性の解析を行った。その結果、中間的なジラジカル性のみならず、中間的なイオン性因子の領域において著しい三次NLO物性の増大が見られることを初めて発見した。この結果は従来開殻性の発現する領域のみに限られていた開殻NLO物質の設計指針を閉殻の領域まで拡張することに対応し、さらにその具体的な解析、設計方法の提案を行うことができたという点で当該領域へ与える影響は大きいと考えられる。

今年，即该计划的最后一年，我们重点研究不对称电荷迁移率，这是开壳纳米结构的高阶结构。这对应于开壳非线性光学材料设计中明显引入不对称性，传统上主要针对具有对称结构和小电荷迁移率效应的结构进行研究。详细信息如下所示。我们重点研究了真实的杂原子取代的奇奇巴宾烃骨架，并阐明了其电荷迁移率、开壳层性质和三阶非线性光学性质。这些体系是真实的骨架，作为混合价化合物而受到关注，但通过改变其氧化态而与奇奇巴宾烃骨架具有等电子结构的状态的研究很少。这些分析的结果发现，对称体系的单重态表现出中间开壳层性质，而具有中间不对称性的体系的单重态在闭壳层中表现出中等电荷迁移率。开发了物理特性。这不仅揭示了杂原子取代的Chichibabin烃类是优异的单线态非线性光学材料，而且预示着电荷态可切换的非线性光学材料的可能性。接下来，我们研究了双自由基/离子因子对电子态的量化以及不对称杂苯烯基二聚体解离时三级 NLO 物理性质的变化。使用该模型，我们分析了双自由基/离子因素和三级 NLO 物理性质，同时通过改变分子间距离和杂原子对来自由控制电荷不对称性和晶面间相互作用。结果，我们首次发现，不仅在中间双自由基性质区域，而且在中间离子因子区域，观察到三级 NLO 物理性质的显着增加。该结果相当于将开壳NLO材料的设计准则从传统上仅限于表达开壳特性的区域扩展到闭壳区域，并进一步提出了具体的分析和设计方法。认为对这一领域的影响将是重大的，因为它已经成为可能。

项目成果

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专利数量（0）

Theoretical investigation of open-shell nature and magnetic shielding tensor of polyacene and dicyclopenta-fused acene

多并苯和双环五稠合并苯的开壳层性质和磁屏蔽张量的理论研究

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kotaro Fukuda;Jun-ya Fujiyoshi;Masayoshi Nakano
通讯作者：
Masayoshi Nakano

Tuning nonlinear optical properties by diradical and charge transfer characters of Chichibabin’s hydrocar-bon derivatives

通过奇奇巴宾烃衍生物的双自由基和电荷转移特性调节非线性光学性质

DOI：
10.1002/cphc.201601226
发表时间：
2017
期刊：
ChemPhysChem
影响因子：
2.9
作者：
K. Fukuda;Y. Suzuki;H. Matsui;T. Nagami;Y. Kitagawa;B. Champagne;K. Kamada;Y. Yamamoto;M. Nakano
通讯作者：
M. Nakano

Theoretical Study on Fullerene Nanoflakes as Curved Open-Shell π-Conjugated NLO Systems

富勒烯纳米片作为弯曲开壳π共轭非线性光学系统的理论研究