HOMO（最高被占軌道）とLUMO（最低空軌道）のエネルギー準位の実測値を得るためには、いくつかの高度な分光技術や電気化学的手法が利用される。これらの手法は、それぞれ特定の利点と制約を持ち、対象とする分子や材料の性質に応じて使い分けられる。以下に…
HSAB則：化学反応性を予測する強力なツール はじめに HSAB則（Hard and Soft Acids and Bases）は1963年にラルフ・ピアソンによって提唱された化学反応性の予測理論であり、ルイス酸塩基反応の選択性や安定性を理解する上で非常に有用である。この理論は、無…
フロンティア軌道論：化学反応性の理解と予測のための強力なツール はじめに フロンティア軌道論は1952年に福井謙一によって提唱された化学反応性に関する理論であり、化学反応の予測と理解において強力なツールとして広く認識されている。理論の核心は、分…
水素結合のDFT計算：最適な条件と注意点 水素結合は化学および生物学において重要な役割を果たす分子間相互作用であり、密度汎関数理論（DFT）はその理論的研究に有用なツールである。水素結合の精確な記述には、適切な計算条件の選択が必要不可欠である。本…
密度汎関数理論（DFT）の最新トレンドは、計算化学と材料科学における革新の最前線を形成している。ここでは、DFT計算の現状と最新トレンドに焦点を当て、機械学習との統合、大規模系への適用、強相関電子系への対応、非平衡・動的過程の記述、分散力の精密…
DFT計算における汎関数の詳細解析：理論と実践 はじめに 密度汎関数理論（Density Functional Theory, DFT）は、電子構造計算において広く用いられる方法であり、主に電子密度を基礎にエネルギーを求める。DFTの計算精度と効率は、使用する汎関数の選択に大…
密度汎関数理論（DFT）における基底関数の役割と選択基準 はじめに 密度汎関数理論（DFT）は、化学と物理学のさまざまな分野で広く使用されている量子化学計算手法である。DFT計算の精度と効率は、基底関数の選択に大きく依存する。基底関数は、コーン・シャ…
密度汎関数理論（DFT）は、量子化学および固体物理学の分野において、最も重要かつ広く使用されている計算手法の一つである。その成功の理由は、多電子系のエネルギーを効率的に計算できる点にあり、計算コストと精度のバランスが非常に優れている。DFTは、…
マーカス理論は電子移動反応の速度を記述する理論であり、1956年にルドルフ・A・マーカスによって提唱され、1992年にはノーベル化学賞を受賞した。この理論は化学反応や生物学的プロセスにおける電子移動のメカニズムを深く理解するための重要な枠組みを提供…
1. シュレーディンガー方程式の基本概念 シュレーディンガー方程式は、量子力学における波動関数の時間的および空間的な変化を記述する方程式である。量子系の状態を示す波動関数 ψ(r,t)\psi(\mathbf{r}, t)ψ(r,t) は、物質の粒子が空間と時間においてどのよ…
1. オージェ過程の基本概念 オージェ過程は、原子内での電子遷移に伴う非放射線的なエネルギー移動の過程である。この過程は、フリードリヒ・オージェ（Friedrich Auger）によって1930年代に発表され、彼の名前にちなんで「オージェ過程」と呼ばれる。 この…
外圏反応と内圏反応の解説 化学反応における「外圏反応（outer-sphere reaction）」と「内圏反応（inner-sphere reaction）」は、特に遷移金属錯体における電子移動反応において重要な概念です。これらの反応は、反応機構や電子移動の過程、反応速度に異なる…
フランク-コンドン原理は、分子の振動遷移に関する重要な理論で、分子の電子遷移と振動遷移の関係を説明するものである。この原理は、特に分子の光吸収や光放出過程、すなわち分子の電子遷移に伴う振動遷移の理解に重要であり、分光学や化学反応の研究に広く…
結晶のバンド理論とその意義 1. はじめに バンド理論は、固体物理学や半導体物理学における基本的な概念であり、結晶内の電子のエネルギー状態を説明するために不可欠な理論である。特に、バンドギャップや伝導帯、価電子帯といった用語は、半導体デバイスの…
ボルツマン分布と化学における役割 1. はじめに ボルツマン分布は、統計力学の基本的な概念の一つであり、物理化学において物質の性質を理解する上で非常に重要な役割を果たす。この分布は、ある温度におけるエネルギー状態に対して、系の粒子がどのように分…
原子軌道（AO）と分子軌道（MO）の理論 1. はじめに 原子軌道（Atomic Orbital, AO）と分子軌道（Molecular Orbital, MO）は、物質の電子構造を理解する上で重要な概念である。AOは、原子の中で電子が存在する確率が高い領域を示し、MOは複数の原子が結合し…
VCSEL（垂直共振器型面発光レーザー）の理論と応用 はじめに 垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、半導体レーザーの一種であり、光を基板面に対して垂直に共振させて発光する特徴を持つ。従来の端面発光型半導…
フォトニック結晶の解説 1. フォトニック結晶の基本概念 フォトニック結晶（Photonic Crystal）は、光の伝播を周期的に制御するナノ構造体である。これらの構造体は、屈折率が空間的に周期的に変化する材料から成り立っており、光の特定の波長範囲に対して透…
ホログラフィック回折格子（Holographic Diffraction Grating）は、光を分散させるために使用される光学素子の一種である。これにより、光の波長成分を分離し、スペクトル解析や波長選択に利用される。ホログラフィック回折格子は、主に分光器やレーザーシス…
膜厚と干渉ピークの関係に関する詳細解説 1. 光干渉法の基本概念 光干渉法は、薄膜の膜厚を高精度で測定するための技術であり、主に分光光度計を用いた光学的手法に基づいている。薄膜に光を入射させ、その反射光の干渉パターンを分析することで、膜厚や屈折…
薄膜干渉 薄膜干渉は、薄膜の上下の界面で反射された光波が干渉し、特定の波長の反射光が強化または減少する現象。シャボン玉や水中の油膜に見られる多彩な色合いや、光学機器の反射防止膜に利用される。この現象の理論と応用について、数式を用いて詳しく解…
回折格子の概要と原理 回折格子とは 回折格子は、光やその他の波動を回折させるために設計された光学素子であり、格子状の周期的なパターンを用いて干渉縞を形成する。一般的に直線状の凹凸がマイクロメートル単位の周期で並んでいる。回折格子の周期や材質…
非線形光学効果は、光が物質と相互作用する際に物質の応答が光強度の1次関数ではなく、より高次の関数である現象を指す。これにより、光学的性質が強度に依存して変化し、様々な高度な光学技術が可能になる。以下に、非線形光学効果に関する詳細な説明を数式…
1. 背景 EOポリマー（電気光学ポリマー）は、光通信デバイスや光スイッチング素子で使用される重要な材料。これらのポリマーは、外部電場の影響で屈折率を変化させる特性を持ち、高速かつ低消費電力での光変調が可能。そのため、次世代の光通信技術の中核を…
光イオン化の原理と応用 光イオン化（photoionization）は、物質が光子（光の粒子）を吸収することにより、原子や分子が電子を失ってイオン化する現象を指す。このプロセスは、さまざまな科学分野で重要な役割を果たしており、特に質量分析や天体物理学、レ…
光線力学療法（PDT）の原理 **光線力学療法（Photodynamic Therapy, PDT）**は、光感受性物質と特定の波長の光を利用して選択的に病変組織を治療する技術で、がん治療や皮膚疾患の治療に広く用いられている。PDTの基本原理、使用される化合物について解説す…
熱活性化遅延蛍光（TADF）の基礎 **熱活性化遅延蛍光（Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF）**は、近年注目を集める有機エレクトロルミネッセンス（OLED）デバイスにおいて、高効率な発光を実現するための重要な技術です。TADFは、従来の有機発…
フェルスター機構とデクスター機構は、エネルギー移動を説明するための二つの異なるモデルであり、特に蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）や光物理学において重要な概念である。それぞれの機構について以下に説明し、要素をまとめた表を作成する。 フェルスター…
Zスキームにおける酸化還元電位と光合成のメカニズム 光合成は光エネルギーを化学エネルギーに変換し、二酸化炭素（CO₂）を糖に還元するプロセスである。光合成は光化学系I（PSI）と光化学系II（PSII）の2つの主要な光化学系を含む一連の反応によって進行す…
この記事では酸化還元電位について記載する。 銅は酸素で酸化され触媒系（Cu2＋が一電子酸化し、Cu+が生成され、酸素でCu2＋が再生成される）が回るが、鉄（Fe3＋が一電子酸化し、Fe2+が生成され、酸素でFe3＋が再生成される）はなぜまわらないのか、酸化還…
