有機開殻分子集合系における三次非線形光学物性の集合系構造依存性に関する理論研究

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有機開殻分子は高活性な不対電子に起因した優れた三次非線形光学（NLO）応答を示すことから、新奇なフォトニクス分野における基礎材料として注目されている。このような材料設計のために、単分子から分子集合系、バルクに至る各スケールにおいて、三次NLO物性の制御指針を確立することが求められている。本研究では、有機開殻分子集合系を統一的に扱うための、量子化学に基づく理論構築と計算・解析法を開発し、検討例の少ない分子集合系レベルでの三次NLO物性の制御指針構築を目的とする。本年度は、集合系に特有な構造因子である軌道広がりを導入し、原子価結合（VB）配置間相互作用（CI）モデルにおける定式化と量子化学計算で算出可能な定式化を行い、特に、構造因子として電子酸化状態と軌道広がり、電子状態の因子として電荷密度に着目して、集合系構造と電子状態の相関について検討を行った。その結果、有機開殻分子多量体の電子酸化状態において、軌道広がりが正電荷を多量体中央部に集める作用を持つことを見出した。さらに、この性質が有機開殻分子に限らずπ共役分子多量体に共通した性質であることも明らかにした。この性質を利用することで、分子軌道理論では説明が困難なtetrathiafulvalene分子誘導体の3量体カチオンの電荷密度分布の機構をうまく説明できることが明らかとなった。それに加え、VBCIモデルに基づき、π共役分子多量体の電子酸化状態において軌道広がりが電子状態や電子物性に大きな影響を受けうる系の条件を明らかにした。