2018 Fiscal Year Annual Research Report
Large-scale first-principles simulations of non-adiabatic and non-equilibrium phenomena in nano-structured materials
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16K05478
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
下條 冬樹 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (60253027)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高良 明英 熊本大学, 事務局, 教室系技術職員 (70537092)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 計算物理 / ナノ組織化 / 構造不規則系 / 非断熱過程 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ組織化した触媒や電極におけるイオンと電子の絡む複雑な反応過程を理解することを目的として研究を実施してきた。具体的には、非断熱第一原理分子動力学計算を行い、種々の物質内での励起子ダイナミクスを調べた。まず、色素増感太陽電池電極材料である有機分子で励起された励起子の空間分布の時間発展を求め、官能基が金属酸化物基板への電荷輸送に及ぼす影響を解明した。次に、層状構造を有する硫化モリブデンにおいて励起密度と層間距離の時間依存性の関係を調べた。励起密度が比較的小さいときは層間距離が広がるのに対し、励起密度が大きくなると逆に層間距離が減少する機構を明らかにし、レーザー照射実験の解釈に成功した。更に、ナノシート状の酸化チタン内での励起子の非断熱ダイナミクス計算においては、酸素欠陥が励起子の再結合サイトになると予想していたところ、欠陥近傍では電荷分離が促進され励起子の寿命がむしろ長くなるという新奇な注目すべき結果を得た。
電極に用いられる金属硫化物の生成機構を考えるために酸化モリブデンとイオウ分子の反応過程の第一原理分子動力学計算を行った。反応の自由エネルギーを見積もり、ダイマーは表面酸素欠陥付近で安定構造を構成するのに対し、八員環分子は安定構造を持たず酸化物表面と反応しないことを明らかにした。リチウムイオン電池における電極におけるLiイオンの放電反応機構の解明を目的としてLiイオンを吸着させた酸化鉄クラスターに対する第一原理分子動力学計算も実行した。純粋な酸化鉄に比べてシリコンが添加されているとLiイオン放出に要する時間が長くなることを示し、実験事実を合理的に説明した。
その他、スティショバイトの引張応力誘起アモルファス化機構、テルルナノシートの構造安定性、分子性固体に対する誘電応答を解明するための研究等も行った。
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[Journal Article] Polytypism in Ultra-Thin Tellurium2019
Author(s)
A. Apte, E. Bianco, A. Krishnamoorthy, S. Yazdi, R. Rao, N. Glavin, H. Kumazoe, V. Varshney, A. Roy, F. Shimojo, E. Ringe, R. K. Kalia, A. Nakano, C. S. Tiwary P. Vashishta, V. Kochat, and P. M. Ajayan
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Journal Title
2D Materials
Volume: 6
Pages: 015013 (7 pp.)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Anisotropic structural dynamics of monolayer crystals revealed by femtosecond surface x-ray scattering2019
Author(s)
I. C. Tung, A. Krishnamoorthy, S. Sadasivam, H. Zhou, Q. Zhang, K. L. Seyler, G. Clark, E. M. Mannebach, C. Nyby, F. Ernst, D. Zhu, J. M. Glownia, M. E. Kozina, S. Song, S. Nelson, H. Kumazoe, F. Shimojo, R. K. Kalia, P. Vashishta, P. Darancet, T. F. Heinz, A. Nakano, X. Xu, A. M. Lindenberg, and H. Wen
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Journal Title
Nature Photonics
Volume: 印刷中
Pages: 未定
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic structures and impurity cluster features in Mg-Zn-Y alloys with a synchronized long-period stacking ordered phase2018
Author(s)
S. Hosokawa, K. Maruyama, K. Kobayashi, J. R. Stellhorn, B. Paulus, A. Koura, F. Shimojo, T. Tsumuraya, M. Yamasaki, Y. Kawamura, S. Yoshioka, and H. Sato
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Journal Title
Journal of Alloys and Compounds
Volume: 762
Pages: 797-805
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Viscoelastic anomaly accompanying anti-crossing behavior in liquid As2Se32018
Author(s)
M. Inui, A. Q. R. Baron, Y. Kajihara, K. Matsuda, S. Hosokawa, K. Kimura, Y. Tsuchiya, F. Shimojo, M. Yao, S. Tsutsui, D. Ishikawa, and K. Tamura
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Journal Title
Journal of Physics: Condensed Matter
Volume: 30
Pages: 28LT02 (7 pp.)
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Anisotropic shock response of poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA) and its implications for aramid-based fibers performance2018
Author(s)
Paulo Branicio, Subodh Tiwari, Kohei Shimamura, F. Shimojo, Aiichiro Nakano, Rajiv Kalia, Priya Vashishta
Organizer
TMS 2018 Annual Meeting & Exhibition (March 11-15, 2018, Phoenix Convention Center, Phoenix, Arizona, USA)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Shift-Collapse Acceleration of Generalized Polarizable Reactive Molecular Dynamics for Machine Learning-Assisted Computational Synthesis of Layered Materials2018
Author(s)
K. Liu, S. Tiwari, C. Sheng, A. Krishnamoorthy, S. Hong, P. Rajak, R. K. Kalia, A. Nakano, K. Nomura, P. Vashishta, M. Kunaseth, S. Naserifar, W. A. Goddard III, Y. Luo, Nichols A. Romero, and F. Shimojo
Organizer
ScalA18: 9th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systemsheld in conjunction with SC18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Anisotropic structural dynamics of monolayer crystals revealed by femtosecond surface x-ray scattering2018
Author(s)
I-C. Tung, A. Krishnamoorthy, S.r Sadasivam, H. Zhou, Q. Zhang, K. Seyler, G. Clark, E. Mannebach, C. M. Nyby, F. Ernst, D. Zhu, J. M. Glownia, M. E. Kozina, S.n Song, S. Nelson, H. Kumazoe, F. Shimojo, P. Vashishta, P. Darancet, T. F. Heinz, A. Nakano, X. Xu, A. M. Lindenberg, H. Wen
Organizer
APS March Meeting 2019
Int'l Joint Research
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