先端分光計測と精密合成を活用したグラフェンナノリボンの微細構造と機能の制御

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2022年度は、グラフェンナノリボン（GNR）の基板上での合成検討を進める一方で、新奇GNRの溶液合成を志向した多環化合物の合成およびそのラマン分光測定、理論的検討を行った。非常に小さいバンドギャップが理論的に予測されているGNRの前駆体構造として、6,6'-ビインデノ[1,2-b]アントラセン（BIA）を検討したところ、高いジラジカル性が示唆された。BIAの電子状態に関する高精度第一原理計算を行なったところ、開殻一重項状態と開殻三重項状態がほとんど縮退していることが示され、極低温での電子常磁性共鳴（EPR）測定により、理論と実験で整合する結果が得られた（Xu et al., JACS）。さらに分子構造をもとに強結合ハバードバモデルを構築し、ハミルトニアンを簡略化した上で高精度に電子相関を取り込む計算を行なったほか、このハバードモデルを量子コンピュータ上で動作するアルゴリズムで解くことを試みた。ハバードモデルであれば、量子コンピュータの量子ビット数の制約から活性空間は限られるものの、基底関数の制約を受けずに電子状態を求めることができる。8量子ビットを用いた計算により、CASSCFに近い精度で一重項と三重項の縮退を導き出すことができた。また、二重ヘリセン構造を持つ分子に対して励起状態計算とスピン軌道相互作用の計算を行い、S1とT2の間に存在する大きなスピン軌道相互作用が項間交差による無輻射失活の原因であることを明らかにした（Hong et al., Chem. Euro. J）。