特異な分子間相互作用を利用した新奇蛍光性分子設計への理論的アプローチ

本研究は、分子間相互作用が光吸収・発光に及ぼす影響を微視的立場より考察するための理論的ダイナミクス研究を目的としている(平成21-22年度)。これまで開発を行ってきた半古典動力学計算プログラムは、非断熱遷移を考慮しなければスペクトルの再現ができない硫化水素分子で実施したベンチマーク計算で量子動力学法と遜色ない結果を得ることができ、かつ、計算コストを量子動力学法に比べ大幅に抑えられることを示した。そこで今年度は、当該半古典理論の実際の大自由度分子系への適用を中心に研究を実施した。大自由度分子系として、水分子ネットワークを介した励起状態多重プロトン移動が生じるため多大な興味が持たれている7-アザインドール・水1:2クラスター[7AI(H_2O)_2]を対象に励起状態動力学計算を実施した。63自由度という大自由度系に対して、量子効果を考慮した動力学計算はこれまで報告されていない。また、高精度電子状態計算(CASPT2)を組み合わせた点も本分野で最先端である。光励起直後～50フェムト秒の動力学計算を行い得られた自己相関関数から理論吸収スペクトルを算出したところ、実験的に観測されている7AIの吸収スペクトル[J. Catalan, J. Chem. Phys. 106, 6738(2002)]に酷似していた。これまで多くの実験研究グループの報告で示唆されているように光励起は7AI分子の局所励起(π-π*状態)によるものであり、その吸収スペクトルを理論的に再現できたことは大きな進展である。一方、昨年度に引き続き分子間相互作用が光物理化学過程に顕著に影響を与える系についての研究(電子状態理論)も実施し、実験分野の研究者と共著で論文発表した。本研究から分子間相互作用により非断熱遷移を引き起こすことが光物理的性質制御の鍵であることが明らかとなった。非断熱遷移を考慮した新しい半古典理論を開発した結果、63自由度という大自由度分子系の吸収スペクトルを再現した。今後より「リアルな」分子系への発展が期待される。

本研究は、分子間相互作用が光吸収・発光に及ぼす影響を微視的立場より考察するための理論的ダイナミクス研究を目的としている(平成21-22年度)。これまで開発を行ってきた半古典動力学計算プログラムは、非断熱遷移を考慮しなければスペクトルの再現ができない硫化水素分子で実施したベンチマーク計算で量子動力学法と遜色ない結果を得ることができ、かつ、計算コストを量子動力学法に比べ大幅に抑えられることを示した。そこで今年度は、当該半古典理論の実際の大自由度分子系への適用を中心に研究を実施した。大自由度分子系として、水分子ネットワークを介した励起状態多重プロトン移動が生じるため多大な興味が持たれている7-アザインドール・水1:2クラスター[7AI(H_2O)_2]を対象に励起状態動力学計算を実施した。63自由度という大自由度系に対して、量子効果を考慮した動力学計算はこれまで報告されていない。また、高精度電子状態計算(CASPT2)を組み合わせた点も本分野で最先端である。光励起直後～50フェムト秒の動力学計算を行い得られた自己相関関数から理論吸収スペクトルを算出したところ、実験的に観測されている7AIの吸収スペクトル[J. Catalan, J. Chem. Phys. 106, 6738(2002)]に酷似していた。これまで多くの実験研究グループの報告で示唆されているように光励起は7AI分子の局所励起(π-π*状態)によるものであり、その吸収スペクトルを理論的に再現できたことは大きな進展である。一方、昨年度に引き続き分子間相互作用が光物理化学過程に顕著に影響を与える系についての研究(電子状態理論)も実施し、実験分野の研究者と共著で論文発表した。本研究から分子間相互作用により非断熱遷移を引き起こすことが光物理的性質制御の鍵であることが明らかとなった。非断熱遷移を考慮した新しい半古典理論を開発した結果、63自由度という大自由度分子系の吸収スペクトルを再現した。今後より「リアルな」分子系への発展が期待される。