グラフェンナノフレークの開殻性と非線形光学特性についての理論研究

石墨烯纳米片开壳性质和非线性光学性质的理论研究

基本信息

批准号：
11J01632
负责人：
米田京平
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：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、単層グラファイトであるグラフェンが将来のエレクトロニクス、スピントロニクス、フォトニクスにおける基礎物質として期待され、化学物理を問わず数多くの研究が進められている。特に有限サイズのグラフェンナノフレーク(GNF)が見せる開殻性は、その特異な物性の起源として大きな注目を集めている。一方、近年我々は新規な高効率非線形光学(NLO)物質として開殻分子系に着目し、特に中間的な開殻性を有する分子系が、閉殻系に基づく従来の物質に比べて非常に大きな三次MO物性を示すことを理論的に予測し、また実験的にも証明した。そこで我々は新規開殻NLO分子系としてGNFに着目し研究を進めてきた。これまでの研究では、主に単分子における構造荊性相関について着目したものがほとんどだったが、近年、開殻分子系がラジカルサイトを介して共有結合的な強い分子間相互作用示すことが理論・実験の両面から示されている。これは単体では有限系である開殻分子が、クラスターや固体結晶中では大規模なマルチラジカル構造を有する可能性を示唆している。そこで本年度は最も単純な一次元開殻分子集合体のモデルとして、三角形GNFモノラジカル分子を用いて、そのπ-π積層構造を持つ一次元分子集合体をモデルとし、分子間相互作用に基づく開殻性およびNLO物性の制御可能性について検討した。その結果、系の開殼性は分子間距離に依存して幅広い変化を示し、また、中間的な開殻性を示す領域ではNLO物性が顕著に増大するという、従来の開殻NLO分子系と同様の特徴が見られた。本研究結果から、開殻GNF系における分子間相互作用に基づく新たな開殻性の制御指針および、開殻GNF分子集合体に基づく新たな高効率NLO材料の設計指針の基礎が得られた。

近年来，石墨烯这种单层石墨有望成为未来电子学、自旋电子学和光子学的基础材料，化学和物理领域都在进行大量的研究。特别是，有限尺寸石墨烯纳米片（GNF）所表现出的开壳特性因其独特的物理性质而备受关注。另一方面，近年来我们重点关注开壳层分子系统作为新型高效非线性光学（NLO）材料，特别是具有中间开壳层性质的分子系统比基于传统材料的分子系统具有更大的尺寸我们从理论上预测并通过实验证明了该材料表现出三级 MO 物理性质。因此，我们将研究重点放在GNF作为一种新的开壳层NLO分子系统上。迄今为止，大多数研究主要集中在单个分子的结构关系上，但近年来，从理论上讲，开壳分子系统通过自由基位点表现出强烈的共价分子间相互作用 - 从实验的两侧都可以看出。这表明开壳层分子是孤立的有限系统，可能在簇或固体晶体中具有大规模的多自由基结构。因此，今年，我们将使用三角形的GNF单自由基分子作为最简单的一维开壳分子组装体的模型，并模拟一维分子组装体以其π-π堆叠结构的壳性质的可控性。研究了 NLO 物理性质。结果，该体系的开壳层性质根据分子间距离而表现出大范围的变化，并且在显示中间开壳层性质的区域中，NLO物理性质显着增加，这与传统的开壳层NLO分子体系不同。观察到类似的特征。这项研究的结果为控制基于开壳 GNF 系统中分子间相互作用的开壳特性以及设计基于开壳 GNF 分子组装体的新型高效 NLO 材料提供了基础。