도쿄공업대학 그룹이 다양한 나노물질의 에너지 상태를 정확하게 예측하는 '대칭적합궤도모델'을 개발했다.또, 이 이론 모델에 의해, 복수의 원자로 이루어지는 고차의 물질 사이에도 원소와 같은 주기율이 존재하는 것을 발견하고, 원소 주기율표와 유사한 「나노물질의 주기율표」로서 나타내는 것 성공했다.
원자가 가지는 물리적·화학적 성질의 주기적인 변화(주기율)를 나타내는 원소 주기율표는 150년 전에 러시아의 화학자 멘델레예프에 의해 제창된 이래 자연과학의 발전에 크게 공헌해 왔다.
단일 원자의 성질이 다루어지고 있는 원소 주기율표에 대해, 복수의 원자로 이루어지는 고차의 물질에서도 이러한 주기율이 발견되면, 물질과학의 세계에서 유용한 지표가 되는 것은 틀림없다.그러나 고차의 물질은 크기·조성·형 등의 다양한 요소를 가지고 있어 단순한 분류는 어렵다.
본 연구에서는 분자 등의 미소한 물질(나노물질)이 가지는 기하학적 대칭성에 주목하여 컴퓨터 시뮬레이션과 군론을 응용함으로써 나노물질의 에너지 상태를 예측할 수 있는 「대칭적합 궤도 모델」을 구축했다.이 모델에 기초하여 나노물질을 평가함으로써 형상·성질·안정성 등의 정확한 예측이 가능하다고 한다.
또한 원자의 주기율의 기원이 전자배치에 있는 것과 같이, 나노물질의 성질도 전자배치에 의해 결정되며, 나노물질이 가지는 전자궤도가 기하학적 대칭성마다 있는 일정한 법칙에 따른다. 주기율이 있는 것도 본 연구에 의해 발견되었다.이 주기율을, 종래의 원소 주기표에 있는 「족」 「주기」에 가세해 「류」 「종」이라고 하는 새로운 축을 가지는 다차원의 주기표에 나타내는 데 성공한 「나노물질의 주기표 '는 기하학적 대칭성마다 다른 것이 존재한다고 한다.이 주기율표에 따라 나노물질을 설계하고 탐색함으로써 미지의 물질과 새로운 기능재료의 창출을 기대할 수 있다고 한다.
논문 정보:【Nature Communications】Periodicity of molecular clusters based on symmetry-adapted orbital model
