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

利用先进的光谱测量和精确合成控制石墨烯纳米带的精细结构和功能

基本信息

批准号：
21KK0091
负责人：
奥野将成
金额：
$ 12.06万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-10-07 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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）。

在2022财年，在底物上进行石墨烯纳米纤维（GNR）的合成时，我们还进行了旨在合成新型GNR溶液，拉曼光谱和理论研究的多环化合物的合成。将6,6'-Biindeno [1,2-B]蒽（BIA）视为GNR的前体结构，理论上预测了很小的带镜头，表明高DiradaDicality。在BIA电子状态上的高度准确的第一原理计算表明，在极低温度下，开放式壳单线和开放式三重态几乎是变性的，并且电子顺磁共振（EPR）测量与理论和实验性相得益彰产生一致的结果（Xu等人，JACS，JACS）。此外，基于分子结构构建了一个强耦合的hubbardvar模型，简化了哈密顿量并计算以高精度结合电子相关性，并试图用在量子计算机上运行的算法来解决此Hubbard模型。使用Hubbard模型，尽管由于对量子计算机数量的限制，活动空间受到限制，但可以确定电子状态而不会受到基本函数的约束。通过使用8个Quart的计算，Singlet和三重态的退化是在接近CASSCF的准确性中得出的。我们还针对具有双重螺旋结构的分子进行了激发的状态计算和自旋轨道相互作用，并揭示了S1和T2之间存在的大型自旋轨道相互作用是由术语间互换引起的非辐射式失活的原因（Hong等，Chem。Uero。J）。