有機ラジカルを用いた電子トンネリング効率の計算

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今年度は、分子エレクトロニクス分野で最も重要な電子素子のひとつである分子スイッチの性能評価に関する研究を実施した。高性能なスイッチング分子を設計・開発するにはスイッチング効率（SE）を最大にするような分子を考案すればよい。私は光照射下におけるDAEのSEを電子トンネリング効率βの観点から解釈することで、SEの大きなスイッチング分子を設計する指針を得ようと試みた。私は3-thienyl型DAE(3T),3-thienyl酸化型DAE(3TSO2),2-thienyl型のDAE(2T),2-thienyl型の酸化型DAE(2TSO2)の4種類のDAEに対して、開環体・閉環体それぞれの両端にニトロニルニトロキシド(NN)を結合させ、分子内交換相互作用JをDFT計算に基づく山口法により計算し、それぞれのDAEのSEを計算した。結果3TのSEが400と最も大きく、2T, 2TSO2が約1/20と最も小さいことがわかった。私はSEが開環体と閉環体それぞれのJの減衰定数βの関数で表現できるのではないかと考えた。そこで、それぞれのβを、それぞれのDAEのオリゴマーを設計し両端にNNを結合させJをDFT計算に基づく山口法により計算し、分子長に対するJの減衰から求めた。SEが両異性体のβの差ΔβによってSE ＝ exp(Δβl)と表されるのことが見いだされたので、この式が実際の4種類のDAEのSEの序列を再現できるかを調べた。結果 3Tに関してSEは241, 2Tは1/29, 2TSO2に関しては1/20となり、この式は4種類のDAEのSEの序列を再現することがわかった。従ってSEは開環体と閉環体の電子トンネリングのスイッチングとして理解できることが分かった。また今回調べた4種類のDAEにおいては3Tがスイッチング分子として最も有用であることが結論付けられた。