2008 Fiscal Year Annual Research Report
磁性制御による動的量子反応デザイン手法の開発・公開
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17064011
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
笠井 秀明 Osaka University, 大学院・工学研究科, 教授 (00177354)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中西 寛 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40237326)
DINO Wilson 大阪大学, 大学院・理学研究科, 講師 (60379146)
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| Keywords | 反応デザイン / 磁性 / 量子ダイナミクス / 第一原理計算 / 量子シミュレータ |
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| Research Abstract |
昨年度までの研究で、鉄(Fe)表面上に形成された白金(Pt)薄膜系では、Pt薄膜は強磁性を示し、そのPt薄膜上での酸素分子の解離吸着反応の活性化障壁は、Pt(111)表面での活性化障壁に比べ半分以下になることを見出した。そのメカニズムは、Ptを強磁性体表面に薄膜として担持することでスピン分極を起こさせ、空間的には表面垂直方向に張り出した分布をもつPtのd軌道を、エネルギー的にはフェルミレベル近傍に状態密度のピークを持つ、より活性のある状態に変化させたことによる。本年度は、このPt/Fe(001)ナノ構造体を用いて、スピン分極したPt薄膜上での酸素分子の解離吸着に関する量子ダイナミクス計算を行った。この解離吸着過程において、比較的質量の大きな酸素分子でも水素分子同様の量子力学的効果が顕著に現れることがわかった。また、2原子分子の固体表面での解離吸着という表面-分子反応としては最小構成部類の反応過程を考えても、反応確率はその系の各自由度の影響を大きく受けることが示された。従って、触媒表面を始めとしで、広く一般に表面近傍での分子の動的過程のメカニズムを解明するには、分子の多自由度を考慮した量子ダイナミクス計算手法が必要で、その際、本研究により開発された手法が有用である。
研究全体をつうじて磁性制御による動的量子反応デザイン手法の開発・応用をターゲットとして、磁性を制御するための人工ナノ構造のデザイン、およびデザインされた人工ナノ構造により新たに付与される磁性の化学反応に対する量子ダイナミクスの効果についての研究を行えた。
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