定温定圧条件の第一原理分子動力学法による結晶構造相転移の研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09640470
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 能勢 修一 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (30172795)
• Keywords: Car-Parrinello法 / 分子動力学シミュレーション / 構造相転移 / 第一原理分子動力学法

Research Abstract

今年度は、Car-Parrinello法において波動関数及びイオンの運動エネルギー項それぞれを異なる温度に結合した時の運動量保存則についての理論的吟味と、8個からなるシリコンの体系において、加圧又は減圧時における構造変化のシミュレーションを行なった。
Car-Parrinello法における運動量保存則について
一般に並行移動に対する不変性より運動量保存則が導かれる。Car-Parrinello法においては、イオンだけでなく、波動関数の自由度も考慮しているため、この両者の穹与の和が保存量となり、イオンの運動量のみでは保存量となっていない。有限温度でのシミュレーションを実現するためには、波動関数を低温のイオンを調べるべき温度の熱浴に別々に接続して温度制御する必要があるが、この時には運動量に対応する保存量は存在しないことを示した。このため、イオンの全運動量の和を0にする操作をときおり加える必要があることがわかった。
シリコンにおける構造変化
8個の原子を含むシミュレーションセルを用いて定温定圧条件でのシミュレーションを行った。実験で得られているダイアモンド構造、β-Sn構造、単純六方構造より、その構造にふさわしい圧力でシミュレーションを行うと各構造は安定に保たれることがわかった。
ダイアモンド構造を加圧すると単純六方構造に、単純六方構造を一気に減圧するとβ-Sn構造へ変わるという構造変化がシミュレーションで観測された。