星間物質表面上での水素分子の生成反応と核スピン転換に関する理論的研究

• Project Area: Evolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebulae
• Project/Area Number: 26108502
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 國貞 雄治 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00591075)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2015: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 水素 / 宇宙分子進化 / 第一原理電子状態計算

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，昨年度に引き続き氷表面上での水素分子の吸着状態と拡散特性を詳細に調査した．ファン・デル・ワールス力や水素結合の影響を正確に取り扱うため，非局所相関項を用いた密度汎関数理論に基づく第一原理電子状態計算を用いた．本研究では表面電場の影響を考慮するため，常誘電性結晶氷Ihと強誘電性結晶氷XIを取り扱った．今年度は様々な面配向成分を含むと考えられるアモルファス表面に関する基礎的知見を得るため，氷表面の面方位を変化させ研究を行った．具体的には，ベーサル面に加えプリズム面を取り扱った．これらの表面上での吸着状態と拡散障壁をポテンシャルエネルギー表面の構築とナッジド・エラスティックバンド法を用いて求めた．その結果，氷XIプリズム表面上で最も吸着エネルギーが大きくなることを明らかにした．また，ポテンシャル異方性と拡散障壁に関しても氷XIプリズム表面上で最も大きくなることを明らかにした．一方，拡散障壁が最も小さいのは氷Ihプリズム表面上であった．さらに，氷表面上での水素分子のオルソ・パラ転換速度を決定していると考えられる水素原子核位置における電場勾配を求めた．これらに加えて，太陽系に比較的多く存在する金属元素である鉄やアルミニウム表面などにおける水素の吸着状態と拡散特性も明らかにした．
これらの成果を2件の国際会議(psi-k 2015など)と3件の学会発表(第56回真空に関する連合講演会など)にて発表した．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hindered Rotational Physisorption States of H2 on Ag(111) Surfaces (2015)
  • Author(s): Yuji Kunisada, Hideaki Kasai
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 17 Issue: 29 Pages: 19625-19630
  • DOI: 10.1039/c5cp01701g
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of Hydrogen Atoms on Vacancy Formation at fcc Fe(111) Surfaces (2015)
  • Author(s): 國貞 雄治，坂口 紀史
  • Journal Title: Journal of the Japan Institute of Metals and Materials Volume: 79 Issue: 9 Pages: 447-451
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JAW201508
  • NAID: 130005095944
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Al(111)表面近傍での水素原子の拡散特性における欠陥及び合金元素の影響 (2016)
  • Author(s): 國貞 雄治，坂口 紀史
  • Organizer: 日本金属学会2016年春期大会
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] 氷表面上での水素分子の吸着特性における表面配向依存性 (2015)
  • Author(s): 國貞雄治, 坂口紀史
  • Organizer: 第56回真空に関する連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城)
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Al(111)表面近傍における水素原子の吸着状態 (2015)
  • Author(s): 國貞 雄治，坂口 紀史
  • Organizer: 日本金属学会2015年秋季講演大会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス(福岡)
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] H2 Physisorption on Ice Ih and XI Surfaces (2015)
  • Author(s): Y. Kunisada and N. Sakaguchi
  • Organizer: psi-k 2015 Conference
  • Place of Presentation: San Sebastian, Spain
  • Year and Date: 2015-09-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dissociative Adsorption of Hydrogen on Iron Surfaces (2015)
  • Author(s): Y. Kunisada and N. Sakaguchi
  • Organizer: 31st Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • Place of Presentation: Hokkaido, Japan
  • Year and Date: 2015-06-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 氷表面上での水素分子の拡散特性に関する理論的研究 (2015)
  • Author(s): 國貞 雄治，坂口 紀史
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都・新宿区)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 固体表面・界面領域での原子ダイナミクス ～fcc鉄表面上での水素の吸着状態～ (2014)
  • Author(s): 國貞 雄治，坂口 紀史
  • Organizer: 物性研究所計算物質科学研究センター第4回シンポジウム・物性研スーパーコンピュータ共同利用報告会
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス(千葉県・柏市)
  • Year and Date: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [Presentation] A Theoretical Study of H2 Adsorption on Ice XI Surfaces (2014)
  • Author(s): Yuji Kunisada, Norihito Sakaguch
  • Organizer: Workshop on Interstellar Matter
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
  • Year and Date: 2014-10-16 – 2014-10-18
• [Presentation] 氷表面上での水素原子の吸着状態に関する理論的研究 (2014)
  • Author(s): 國貞 雄治，坂口 紀史
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学春日井キャンパス(愛知県・春日井市)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 水素の核スピン転換反応における量子効果 (2014)
  • Author(s): 國貞 雄治
  • Organizer: 第30回ライラックセミナー・第20回若手研究者交流会
  • Place of Presentation: おこばち山荘(北海道・小樽市)
  • Year and Date: 2014-06-28 – 2014-06-29
  • Invited
• [Book] Physics of Surface, Interface and Cluster Catalysis, Chapter 3 The effect of physisorbed states on H2 nuclear spin conversion on metal surfaces (2016)
  • Author(s): Yuji Kunisada
  • Total Pages: 26
  • Publisher: Institute of Physics Publishing
• [Remarks] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/ykunisada
• [Remarks] researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/ykunisada