シングレットフィッションにより誘起される非線形光学現象の理論的解明と物質設計

单线态裂缝引起的非线性光学现象的理论阐明和材料设计

基本信息

批准号：
18J20887
负责人：
永海貴識
金额：
$ 1.98万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

採用最終年度である本年度はSF-induced-NLO現象のうち、シングレットフィッション(SF)過程に重点を置いて研究を行い、主に(i)新規SF単分子色素の探索、(ii)SFに寄与する振電相互作用の解明、(iii)結晶場効果がSFダイナミクスに及ぼす影響の検討を行った。(i)SF単分子設計の新たな基軸として、従来の開殻性に加え、交換積分の寄与に基づいた分子設計が有効であることを新たに示し、特に小サイズ色素への多重ヘテロ置換によって種々の新規SF色素を見出すことに成功した。(ii)振電相互作用に関しては、前年度の制約つき密度汎関数法に基づく計算法による検討をさらに発展させ、空間密度解析によって振電相互作用を制御する具体的な化学修飾について検討した。(iii)マクロ系の設計で重要となる結晶場効果については、古典分極力場を用いた計算法を導入し、結晶場効果による電荷移動状態の安定化と励起子移動がSF効率に及ぼす影響を、量子マスター方程式および相対緩和因子を用いた解析から解明することに成功した。以上より、本年度の取り組みによって、従来不完全であったミクロ（単分子）からマクロ（結晶）の空間スケール全体を俯瞰した現象のメカニズム解明と、空間スケール相互のフィードバックに基づく高効率SF物質設計の在り方を初めて示すことに成功している。得られた知見や用いた解析手法は、元の計画にあったSF-induced-NLO現象の解明のみならず、ミクロからマクロに亘る励起状態ダイナミクスやそれに基づく様々な物性発現やその制御にも適用可能であり、今後のSF関連研究の進展にも大きく寄与すると期待される。これらの成果は、国際的な学術雑誌にて複数報告済みである。

今年，即招募的最后一年，我们将重点研究SF诱导的NLO现象中的单线态裂变（SF）过程，主要是（i）寻找新型SF单分子染料，以及（ii）贡献(iii) 研究了晶体场效应对 SF 动力学的影响。（i）作为SF单分子设计的新轴，我们新证明了除了传统的开壳特性之外，基于交换积分贡献的分子设计也是有效的，特别是通过对小尺寸染料的多重异质取代。我们成功地发现了各种新型 SF 染料。 (ii)关于电子振动相互作用，我们进一步扩展了前一年基于约束密度泛函理论的计算方法，并利用空间密度分析研究了控制电子振动相互作用的特定化学修饰。 (iii)关于宏观系统设计中重要的晶体场效应，介绍了使用经典极化力场的计算方法，以及由于晶体场效应和激子转移而稳定电荷转移状态对SF效率的影响。通过使用量子主方程和相对弛豫因子的分析，成功地阐明了这一点。基于上述，今年的努力将使我们能够阐明过去不完整的从微观（单分子）到宏观（晶体）整个空间尺度的现象机制，并设计高效的基于空间尺度之间相互反馈的SF材料，他第一次成功地展示了自己应该如何。所获得的知识和所使用的分析方法不仅适用于按原计划阐明SF诱导的NLO现象，而且适用于从微观到宏观尺度的激发态动力学，以及各种物理量的表达和控制。预计这将极大地促进未来科幻相关研究的进展。这些结果已在国际学术期刊上多次报道。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Theoretical Study on the Aromaticity of Open-Shell Singlet Molecules by the GIMIC Method

GIMIC法对开壳单线态分子芳香性的理论研究

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takanori Nagami; Takayoshi Tonami; Kenji Okada; Masayoshi Nakano
通讯作者：
Masayoshi Nakano

Vibronic Coupling Density Analysis for Singlet Fission in Terrylene Dimers

三萘嵌苯二聚体中单线态裂变的电子振动耦合密度分析

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takanori Nagami;Takayoshi Tonami;Kenji Okada;Masayoshi Nakano
通讯作者：
Masayoshi Nakano

Vibronic coupling density analysis and quantum dynamics simulation for singlet fission in pentacene and its halogenated derivatives

并五苯及其卤化衍生物单线态裂变的电子振动耦合密度分析和量子动力学模拟

DOI：
10.1063/5.0024746
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nagami Takanori;Tonami Takayoshi;Okada Kenji;Yoshida Wataru;Miyamoto Hajime;Nakano Masayoshi
通讯作者：
Nakano Masayoshi

Quantum design for singlet-fission-induced nonlinear optical systems: Effects of π-conjugation length and molecular packing of butterfly-shaped acenes

单线态裂变引起的非线性光学系统的量子设计：π-共轭长度和蝴蝶形并苯分子堆积的影响

DOI：
10.1063/5.0013985
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tonami Takayoshi;Nagami Takanori;Okada Kenji;Yoshida Wataru;Miyamoto Hajime;Nakano Masayoshi
通讯作者：
Nakano Masayoshi

Theoretical Study on Singlet Fission in Aromatic Diaza s-Indacene Dimers

芳香族二氮杂s-吲达苯二聚体单线态裂变的理论研究