2019 Fiscal Year Research-status Report
Simulation study of mesoscale cooperative phenomena in ionic liquids - slow relaxation and interface fluctuation
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18K13513
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
芝 隼人 東京大学, 情報基盤センター, 特任講師 (20549563)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 回転緩和 / StokesーEinsteinーDebye則 / 電解液キャパシタ / 分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続きイオン液体の構造緩和について、特に分子の回転自由度の役割に焦点を当てて考察した。分子の並進運動に係るStokes-Einstein (SE) 則および回転運動に係るStokes-Einstein-Debye (SED) 則に照らして考察を進めた結果、回転緩和を特徴づける回転相関関数に使用するルジャンドル多項式の次数が低い場合に並進拡散係数と回転緩和時間の結合則を見出した。これは、前年度までに得られた解釈から一部の修正を要求しており、新しい解釈を確立するための再計算を実施した。
イオン液体界面系として、平板電極２枚に異なる一定電位制御を施し、これら電極間に [C4mim][TFSI] イオン液体を電解質として配置したイオン液体キャパシタのシミュレーションを実施した。平板電極間距離に対する全電気容量の依存性を調べるとともに、ナノスケールでの電位プロファイルや分子集団が取る構造を調べた。また、イオン液体の分極率に対する分子回転運動の寄与を抽出することで、これまで困難であった誘電率の空間プロファイルの計算を初めて行った。
他に以下の2つの成果があった。イオン液体に対する本研究課題と関連性の強い、ガラス形成物質の緩和機構について前年度得られた結果に基づく論文１件を公表した。また主に天体力学分野で用いられているツリー法によって静電相互作用計算を行う超並列シミュレーションフレームワークを全原子モデルに適用する開発を行うことで、電解質界面についてのシミュレーションを行う準備が整った。
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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
本年度は研究代表者の研究機関変更があり研究活動が停止する期間が一時発生したが、研究計画において第一目標としているイオン液体の並進・回転緩和の解明については、論文公表まであと１歩に迫っている。また、第二目標である界面のゆらぎの物理的性質の解明については、希薄電解質液体のシミュレータ開発が進んでおり、計算を次年度に開始できるところまで到達している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初イオン液体界面ゆらぎの構想していたが、この時空スケールをカバーできるシミュレータの開発をイオン液体のような内部自由度を伴う分子集合系に対して開発するのは困難であることが明らかになった。希薄電解質溶液系を対象とした研究を手がけることで、効果的な研究目標達成を図る。また、イオン液体の回転緩和の研究についての論文の公表を進める。
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| Causes of Carryover |
今年度２月に研究代表者の所属機関が変更となった。このため、今年度に購入を予定していた加速演算装置等の購入を見合わせて、新しい所属期間で研究を行うための設備備品の移転を今年度3月に実施、費用を新たに支出した。この事情により支出配分を見直して執行、残額が出ることとなった。また、同じく所属機関が変更することになり計算機サーバーを研究代表者自らが管理する体制となったことから、本課題で使用する計算機サーバーの管理を行うソフトウェアツール群が必要となった。このライセンスは2020年度の通年契約とするため、次年度使用額として残した。
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