DNAナノデバイス創製におけるバイオ・ナノ流動ダイナミクス

本年度はDNAナノデバイス創製のための基礎研究として、フントスピン多重度則の成立要因を研究した.フントのスピン多重度則は「同一電子配置から生じる多重項の中で,スピン最多重度状態が最も低いエネルギーを示す」という経験則である.原子から固体中の部分電子系にまで幅広く成立する.この経験則は多くの教科書・参考書で「原子核電子間引力エネルギーVeeの低下,すなわち交換エネルギーによる利得に原因する」と説明されている.しかし,この摂動論的な解釈はビリアル定理に違反する誤謬である.分子系のフント則については,H2,O2, C2などの低励起状態に対して,HFおよびClによる研究が既に行われている.その結果,これらの分子の高スピン状態では,すべてVeeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが報告されている.しかし,これらの計算は高精度を欠いており,フント経験則の解釈に重要である差のビリアル定理が十分満たされていない.本研究では,これらの分子系から生じる三重項と一重項に対して,ビリアル定理およびエネルギー差に対するを高精度で満たす計算を実行した.この計算結果から,高スピン状態では,Veeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが判明した.

本年度はDNAナノデバイス創製のための基礎研究として、フントスピン多重度則の成立要因を研究した.フントのスピン多重度則は「同一電子配置から生じる多重項の中で,スピン最多重度状態が最も低いエネルギーを示す」という経験則である.原子から固体中の部分電子系にまで幅広く成立する.この経験則は多くの教科書・参考書で「原子核電子間引力エネルギーVeeの低下,すなわち交換エネルギーによる利得に原因する」と説明されている.しかし,この摂動論的な解釈はビリアル定理に違反する誤謬である.分子系のフント則については,H2,O2, C2などの低励起状態に対して,HFおよびClによる研究が既に行われている.その結果,これらの分子の高スピン状態では,すべてVeeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが報告されている.しかし,これらの計算は高精度を欠いており,フント経験則の解釈に重要である差のビリアル定理が十分満たされていない.本研究では,これらの分子系から生じる三重項と一重項に対して,ビリアル定理およびエネルギー差に対するを高精度で満たす計算を実行した.この計算結果から,高スピン状態では,Veeは増加し,その安定性はVenの低下に原因することが判明した.