様々な幾何構造を持つ分子集合系における一重項分裂ダイナミクスの理論研究

一重項分裂（SF）は、光照射により生じた一重項励起子が二つの三重項励起子に分裂する現象であり、有機太陽電池やスピン情報への応用可能性が指摘されている。高効率なSFの発現とSFにより生じた三重項励起子対の空間的な分布の制御を目指して、申請者は環状構造や、局所的に分子間相互作用が変化した一次元分子集合系などの特異な幾何構造を持つ分子集合系の構造に着目した。本研究では、量子化学計算と量子ダイナミクス計算の手法を用いて分子集合系の構造とSFダイナミクスとの相関関係を明らかにし、三重項励起子の空間的分離過程も考慮したSF制御指針の構築を行うことを目的とした。本年度は、SF分子によって構成される局所的に分子間相互作用が変化した有限の一次元分子集合系や、並列型マルチリング分子集合系におけるSFダイナミクスのシミュレーションを行い、分子集合系構造とSF特性の相関に関して研究を遂行した。特に一次元分子集合系では、集合系両端の三重項移動積分が中央部分に比較して大きいとき、集合系中央でのTT生成ののちに空間的分離が促進されることが明らかになり、局所的な分子間相互作用の変化の導入が三重項移動の制御に有効であることを明らかにした。本研究では、まず分子集合系の電子カップリングをパラメータ的に導入し、その後具体的な分子でそのパラメータ領域を達成しうる条件を探索するという戦略で行われたが、この戦略は従来の単分子構造を出発点としたSF材料の設計指針とは異なり、多量体の構造とSF特性の相関を出発点として単分子や二量体の構造を設計するアプローチとして有用であると考えられる。

一重項分裂（SF）は、光照射により生じた一重項励起子が二つの三重項励起子に分裂する現象であり、有機太陽電池やスピン情報への応用可能性が指摘されている。高効率なSFの発現とSFにより生じた三重項励起子対の空間的な分布の制御を目指して、申請者は環状構造や、局所的に分子間相互作用が変化した一次元分子集合系などの特異な幾何構造を持つ分子集合系の構造に着目した。本研究では、量子化学計算と量子ダイナミクス計算の手法を用いて分子集合系の構造とSFダイナミクスとの相関関係を明らかにし、三重項励起子の空間的分離過程も考慮したSF制御指針の構築を行うことを目的とした。本年度は、SF分子によって構成される局所的に分子間相互作用が変化した有限の一次元分子集合系や、並列型マルチリング分子集合系におけるSFダイナミクスのシミュレーションを行い、分子集合系構造とSF特性の相関に関して研究を遂行した。特に一次元分子集合系では、集合系両端の三重項移動積分が中央部分に比較して大きいとき、集合系中央でのTT生成ののちに空間的分離が促進されることが明らかになり、局所的な分子間相互作用の変化の導入が三重項移動の制御に有効であることを明らかにした。本研究では、まず分子集合系の電子カップリングをパラメータ的に導入し、その後具体的な分子でそのパラメータ領域を達成しうる条件を探索するという戦略で行われたが、この戦略は従来の単分子構造を出発点としたSF材料の設計指針とは異なり、多量体の構造とSF特性の相関を出発点として単分子や二量体の構造を設計するアプローチとして有用であると考えられる。