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2024年09月27日

北大、分子に働く光学力の第一原理計算 手法開発

【カテゴリー】：ファインケミカル 【関連企業・団体】：北海道大学

北海道大学理学研究院の岩佐豪助教らの研究グループは27日、分子に誘起される光学力とトルクの第一原理計算手法を開発し、光学力と電子励起状態の関連性を詳細に解明したと発表した。第一原理計算による分子に働く光学力の解析から、固有電子励起状態との関係性を解明した。 　光学力とは、物質が光から受ける力のこと。従来の光学力理論では、分極を表現する方法に誘電体モデルが用いられてきたが、非常に小さく形も多種多様で複雑な分子には、誘電体モデルよりも高精度なシュレディンガー方程式に基づいた第一原理計算手法が必要だった。近接場光と分子の相互作用を適切に扱う必要もあった。 　今回研究で、分子の電子状態を光学力計算に取り込む手法を開発し、分子に生じる光学力を詳細に解析した。開発した手法は、分子の電子状態を量子力学の基本方程式であるシュレディンガー方程式から求め、光学力の計算式に分極として取り込む手法。このときの分極は、電子の動きを実際にシミュレーションした結果から得られる値であり、分子の量子力学的な振る舞いを考慮していることから、得られる光学力の精度は非常に高くなる。 　 　このため複数の電子励起状態の干渉による光学力の減少など、従来の誘電体モデルでは得られない物理描像を明らかにすることができた。新たに解明した光学力発生メカニズムは、従来の誘電体モデルによる考えを覆すものとなる。また、本手法及び理論はあらゆる分子と光に対して適用可能なため、光による単分子操作の発展に大きく貢献する成果といえる。 なお、同研究成果は9月27日公開の「The Journal of Chemical Physics」誌に掲載された。 ニュースリリース参照 https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/240927_pr.pdf

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