2016 Fiscal Year Research-status Report
凝縮系水素が発現する特異状態の分子内・分子間ダイナミクスによる計算科学的解明
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15K05386
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
金 賢得 京都大学, 理学研究科, 助教 (30378533)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 凝集系水素 / 核量子効果 / 非平衡定常 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は，孤立分子から固体水素まで，モデルポテンシャルや経験的パラメータを導入することなく，核と電子を同時に動力学的に取り扱う量子分子動力学法と呼べる新手法を開発してきた．最近では，核量子性が顕在化する凝集系において，熱伝導のある非平衡状態を初めて実現した．熱流と温度勾配から見積もった22 K付近の液体水素の熱伝導率は0.16 Wm-1K-1となり，同温度付近の実験値（0.10 Wm-1K-1～0.14 Wm-1K-1）に近い値を与える．さらに，液体構造は平衡時とほぼ変わらないにも関わらず，熱流によってH-H振動の活性化や並進運動の鈍化といった動的秩序化が発生することが見だされた．これは，熱流による疑似固化現象の発見と考えている．
量子ドットを単位素子として周期的に配列した高次ナノ構造体である量子ドット結晶において、量子ドット素子間のナノ空隙を操作することで各素子からの波動関数の浸み出しを変化させ、その量子共鳴によってバンドギャップを系統的に変化させられるという新原理を提案した。これは、ナノ素子や素子間の空間スケールが大きく、双極子―双極子相互作用しか引き出せなかった従来の“集合体”とは本質的に異なる新たな高次ナノ構造体の提起である。実際、①量子ドット結晶が創り出す新たな結晶性によって、THz領域の低周波数フォノン振動が出現する、②量子ドット内部のSi-Si結晶性フォノン振動とSi-Hリガンド性フォノン振動が量子ドット結晶内のナノ空隙のみによって独立に操作できることを見だしだ。これらの発見は、熱電変換機能に代表される「フォノン振動を利用したナノスケール熱制御」の新機能を創成する新しいナノ操作性である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
安定熱流の実現に予想以上に時間がかかったものの、同時並行で重水素系や気液共存系のシミュレーションも行っているため、トータルで見ると、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も独自開発してきた量子分子動力学法の強みをフルに活かしつつ、界面・相転移ダイナミクス（気－液、固－液）、クラスター生成・消滅ダイナミクス、高圧固体水素、非平衡系・平衡遷移系（界面成長・分子流動）、H2-D2やH2-Heといった量子混合系の溶媒和ダイナミクスを達成・解析し、未開の水素凝縮相の統一的理解を目指す。
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| Causes of Carryover |
効率的なプログラムの作成に成功し、またスーパーコンピュータの使用許可が下りたため、コンピュータを購入する必要がなくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究員の人件費として、本研究計画の総仕上げを網羅的に行う予定である。
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