金属マイクロクラスターの電子状態・振動状態に対する第一原理的研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452269
• Research Institution: Tohoku Univ.
• Principal Investigator: 川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 学 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50250816) ; 胡 暁 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90238428) ; 大野 かおる 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40185343)
• Keywords: マイクロクラスター / 電子状態 / 振動状態 / 第一原理 / 磁気モーメント

Research Abstract

金属マイクロクラスターは、その表面からの寄与の大きさのため、バルクと異なる磁性をはじめとして多くの特殊な物性を持つことが期待される。最近実験的に大きさの揃ったクラスターが作成できるようになってきた各種金属クラスターに対して、その集合体も含め、電子状態および振動状態に対して第一原理計算を適用した詳細解析を行った。
まず、篭型の5角形12面体構造を持つ金属マイクロクラスターTi_8C_<12>の成長過程の詳細を検討した。金属原子を含む篭型クラスターとしてユニークな存在であるこの分子とフラーレンの成長過程の違いに注目して、タイトバインディング模型を適用してシミュレーション計算を行った。その結果、このクラスターはフラーレンと異なり、大きな篭は存在せず、この単位で接合しながら大きくなって行くことを明らかにした。
また、単原子ではスピンを持つが、バルクでは非磁性であるRhのマイクロクラスターに対して自己無撞着な電子状態計算であるDVM計算を行った結果、10個程度に0.5μ_B程度の極大値を持つことを示すことができた。さらに、Ni等の非磁性金属中に埋め込んだRhクラスターは、真空中の状態に比べ、より大きい個数まで磁性を保つことも明らかにした。この手法で、単体およびCuやAg中のFeのマイクロクラスターに対する計算も行い、実験結果と一致した解釈を得ている。

Research Products

• [Publications] Yoshiyuki Kawazoe: "Electronic properties and formation mechanism of metallo-carbohedrenes" Materials Research Society Symposium proceedings. 349. 221-224 (1994)
• [Publications] Yoshiyuki Kawazoe: "Structure of layered C_<60> on Si(100) surface studied by ab-initio and classical molecular dynamics simulations" Materials Science and Engineering. B19. 165-171 (1993)
• [Publications] Bing-Lin Gu: "Effects of molecular orientation on the electronic structure of fcc C_<60>" Physical Review. B50. 16202-16206 (1994)
• [Publications] Hiroshi Kamiyama: "Ab-initio molecular dynamics simulation of monalayer C_<60> thin film on silicon(100) surface" Zeitschrift fur Physik. D26. 291-293 (1993)
• [Publications] Zhi-Qiang Li: "Calculations on the magnetic properties of rhodium clusters" Journal of Physics:Condensed Matter. 7. 47-53 (1995)
• [Publications] Tomihiro Hashizume: "Intramolecular Structure of C_<60> molecules adsorbed on the Cu(111)-(1:1) surface" Physical Review Letters. 71. 2959-2962 (1993)