財経新聞「複雑な分子にも周期律があった！…」

Nature Communications誌に掲載された「複数の原子からなる高次の物質の周期律を発見」に関する記事が9月4日発行の財経新聞(Web)に掲載されました。

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Nature Communications

財経新聞 (2019年9月4日)

対称性適応軌道モデルに基づく分子クラスターの周期性

T. Tsukamoto, N. Haruta, T. Kambe, A. Kuzume, K. Yamamoto
Nature Commun. 2019, 10, 3727.

周期表は、常に多くの元素の発見に貢献してきた。原子よりも大規模な物質に対して、同様の原理は存在しないのであろうか？ジェリウムモデルに基づいて、多くの安定した物質（クラスターなど）が予測されており、通常これらの構造はほぼ球状であると仮定されている。ジェリウムモデルは、二十面体クラスターのような準球状クラスターを説明するのに効果的である。このモデルの範囲を広げるために、我々は対称性適応軌道モデルを提案し、低次の構造対称性による電子軌道のエネルギー準位の分裂を明示的に考慮する。この改良により、特定の周期性に従うさまざまな形状の安定したクラスターが豊富に存在する可能性が示唆される。多くの既存の物質も同じ規則に従っている。したがって、同じ対称性を持つすべての物質は、元素の周期表に類似した周期的な枠組みに統一され、不明の物質を見つけるための有用な指針として機能するであろう。

Periodicity of molecular clusters based on symmetry-adapted orbital model

The periodic table has always contributed to the discovery of a number of elements. Is there no such principle for larger-scale substances than atoms? Many stable substances such as clusters have been predicted based on the jellium model, which usually assumes that their structures are approximately spherical. The jellium model is effective to explain subglobular clusters such as icosahedral clusters. To broaden the scope of this model, we propose the symmetry-adapted orbital model, which explicitly takes into account the level splittings of the electronic orbitals due to lower structural symmetries. This refinement indicates the possibility of an abundance of stable clusters with various shapes that obey a certain periodicity. Many existing substances are also governed by the same rule. Consequently, all substances with the same symmetry can be unified into a periodic framework in analogy to the periodic table of elements, which will act as a useful compass to find missing substances.

福井謙一奨励賞を受賞

春田特任助教が福井謙一奨励賞を受賞し、第16回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウムにおいて受賞記念講演を行いました。

第16回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム
福井謙一奨励賞 歴代受賞者

幾何学的対称性の限界を超える超縮退電子状態のためのナノ材料設計

N. Haruta, T. Tsukamoto, A. Kuzume, T. Kambe, K. Yamamoto
Nature Commun. 2018, 9, 3758.

球状原子は最も高い幾何学的対称性を持つ。この対称性により、原子軌道は高度に縮退し、閉殻安定性と磁性をもたらす。幾何学的制約により、これ以上の縮退度を持つ物質は知られていない。ここで、特定の四面体構造を持つ現実的なマグネシウム、亜鉛、およびカドミウムクラスターが球状対称性よりも異常に高い縮退度を持つことを提案する。密度汎関数理論計算と単純なタイトバインディングモデルを組み合わせることで、これらの縮退は動的対称性に起因することを示す。この縮退条件は、原子間パラメータに関する優雅な数学的シーケンスとして完全に特定される。動的対称性の導入は、超縮退軌道を持つ新しいカテゴリの物質の発見につながるであろう。

Nanomaterials design for super-degenerate electronic state beyond the limit of geometrical symmetry

Spherical atoms have the highest geometrical symmetry. Due to this symmetry, atomic orbitals are highly degenerate, leading to closed-shell stability and magnetism. No substances with greater degrees of degeneracy are known, due to geometrical limitations. We now propose that realistic magnesium, zinc, and cadmium clusters having a specific tetrahedral framework possess anomalous higher-fold degeneracies than spherical symmetry. Combining density functional theory calculations with simple tight-binding models, we demonstrate that these degeneracies can be attributed to dynamical symmetry. The degeneracy condition is fully identified as an elegant mathematical sequence involving interatomic parameters. The introduction of dynamical symmetry will lead to the discovery of a novel category of substances with super-degenerate orbitals.

化学工業日報「新規ナノ物質を発見」

Nature Communications誌に掲載された「原子の対称性を超えるナノ物質の理論的発見」に関する記事が9月19日発行の化学工業日報(7面)に掲載されました。

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JSTプレスリリース
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化学工業日報 (2018年9月19日 7面)