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

• 研究課題/領域番号: 15K05386
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 金 賢得 京都大学, 理学研究科, 助教 (30378533)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 水素 / 凝縮系 / 核量子性 / 量子分子動力学法 / 水素凝縮系 / 核量子効果 / 凝集系水素 / 非平衡定常 / 分子動力学法

研究成果の概要

孤立分子から固体まで広範な分子凝集系に適用可能な、量子分子動力学法と呼べる新手法を開発した。本手法では、フェルミオンとして電子ガウス波束を扱うことでパウリの排他律を取り入れており、モデルポテンシャルや経験的パラメータの導入が一切不要となった。本手法を用いて、10K以下の過冷却水素では超流動の前兆現象と思われる水素核の異常な量子性が顕在化することを予言した。また、水素凝集系で初めて非平衡熱伝導状態を実現し、拡散運動の低下など分子間ダイナミクスの抑制と、H-H振動スペクトル強度の増幅など分子内ダイナミクスの活性化が、熱流のみによって引き起こされる「動的秩序化」と呼べる現象が発生することを報告した。

研究成果

• [国際共同研究] Nanyang Technological University(シンガポール)
• [雑誌論文] Control of Multiple Exciton Generation and Electron?Phonon Coupling by Interior Nanospace in Hyperstructured Quantum Dot Superlattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Chang I-Ya、Kim DaeGwi、Hyeon-Deuk Kim
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 9 号: 37 ページ: 32080-32088
  • DOI: 10.1021/acsami.7b08137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density Gradation of Open Metal Sites in the Mesospace of Porous Coordination Polymers (2017)
  • 著者名/発表者名: Jingui Duan, Masakazu Higuchi, Jiajia Zheng, Shin-ichiro Noro, I-Ya Chang, Kim Hyeon-Deuk, Simon Mathew, Shinpei Kusaka, Easan Sivaniah, Ryotaro Matsuda, Shigeyoshi Sakaki, and Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 33 ページ: 11576-11583
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05702
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamical Ordering of Hydrogen Molecules Induced by Heat Flux (2017)
  • 著者名/発表者名: Abe Kiharu、Hyeon-Deuk Kim
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 8 号: 15 ページ: 3595-3600
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b01350
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Type-I CdTe Core and Type-II CdTe/CdS Core/Shell Quantum Dots by a Hydrothermal Method and Their Optical Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Taichi Watanabe, Kohji Takahashi, Kunio Shimura, Hang-Beom Bu, Kim Hyeon-Deuk, and DaeGwi Kim
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 90 ページ: 52-58
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Jahn-Teller-Induced Femtosecond Electronic Depolarization Dynamics of the Nitrogen-Vacancy Defect in Diamond (2016)
  • 著者名/発表者名: Ronald Ulbricht, Shuo Dong, I-Ya Chang, Bala Murali Krishna Mariserla, Keshav M. Dani, Kim Hyeon-Deuk, and Zhi-Heng Loh
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 13510-13510
  • DOI: 10.1038/ncomms13510
  • NAID: 120006888022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controls of Electronic Structures and Phonon Dynamics in Quantum Dot Superlattice by Manipulating Interior Nano Space (2016)
  • 著者名/発表者名: I-Ya Chang, DaeGwi Kim, and Kim Hyeon-Deuk
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 8 ページ: 18321-18327
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distinct Structural and Dynamical Difference between Supercooled and Normal Liquids of Hydrogen Molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk and Koji Ando
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics (Communication) 巻: 18 ページ: 2314-2318
  • NAID: 120005715404
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 核量子性を取り入れた量子分子動力学法の構築と水素分子性量子凝縮体への分子科学的アプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 金賢得
  • 雑誌名: 分子科学会会誌「Molecular Science」 巻: 10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Molecular Dynamics Simulation Method for Condensed Hydrogen Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk
  • 雑誌名: 日本コンピュータ化学会会誌「The Journal of Computer Chemistry, Japan」 巻: 15 ページ: 155-162
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distinct Structural and Dynamical Difference between Supercooled and Normal Liquids of Hydrogen Molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk and Koji Ando
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics(Communication) 巻: 18 ページ: 2314-2318
  • NAID: 120005715404
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamical and structural analyses of solid hydrogen under vapor pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk and Koji Ando
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics (Rapid Communication) 巻: 143 ページ: 171102-171102
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evidence of quantum resonance in periodically-ordered three-dimensional superlattice of CdTe quantum dot (2015)
  • 著者名/発表者名: DaeGwi Kim, Shougo Tomita, Kazuma Ohshiro, Taichi Watanabe, Takenobu Sakai, I-Ya Chang, and Kim Hyeon-Deuk
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 15 ページ: 4343-4347
  • NAID: 120006401725
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Photoexcited Electron/Hole/Exciton Dynamics in Quantum Dot, Quantum Dot Complex, and Quantum Dot Superlattice (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk
  • 学会等名: APC2016
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 奨励賞受賞講演 核量子性を取り入れた量子分子動力学法の構築と水素分子性量子凝縮体への分子科学的アプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 金賢得
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート
  • 年月日: 2016-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Distinct Structural and Dynamical Difference between Supercooled and Normal Liquids of Hydrogen Molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk
  • 学会等名: CPLT2016
  • 発表場所: France
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] 核量子性が凝縮系物性に与える影響の計算科学的実証と解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金賢得
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城）
  • 年月日: 2016-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] Photoexcited Electron/Hole/Exciton Dynamics in Nanomaterials -Multiple Exciton Generation/Recombination and Auger-Assisted Electron Transfer- (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim Hyeon-Deuk
  • 学会等名: Workshop Hyper-Nano-Space
  • 発表場所: Bordeaux(France)
  • 年月日: 2016-01-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノ素子・ナノ複合体・高次ナノ構造体における革新的光機能の計算科学的探究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金賢得
  • 学会等名: 先端化学・材料技術部会 コンピュータケミストリ分科会
  • 発表場所: 新化学技術推進協会（東京）
  • 年月日: 2015-12-13
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理分子動力学法を用いたナノ素子・ナノ複合体・ナノ超構造体における革新的光励起新機能の計算科学的探究、核量子性を取り入れた量子分子動力学法による量子凝集系の計算科学的解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金賢得
  • 学会等名: Computer aided Materials and Molecular Design Forum
  • 発表場所: アイビーホール（東京）
  • 年月日: 2015-05-15
  • 招待講演
• [備考] 研究者個人ページ
  • URL: http://www.kuchem.kyoto-u.ac.jp/organization/member/kim.html
• [備考] 所属機関で公開している研究代表者の研究成果
  • URL: http://www.kuchem.kyoto-u.ac.jp/organization/member/kim.html
• [備考] 専攻内の個人ページ
  • URL: http://www.kuchem.kyoto-u.ac.jp/organization/member/kim.html