| 研究概要 |
超高圧実験は、物性の基礎研究や地球科学において役立ってきたばかりでなく、常庄では得られない準安定結晶の生成手段として応用上も重要である。しかしながら、ごく微量の試料しか扱えない超高圧での「その場観察」は一般には非常に困難であり、計算機シミュレーションなどによる理論的サポートが不可欠となっている。本研究は、従来の第一原理分子動力学法に圧力一定の方法論をとりいれることにより、高圧下での結晶構造・電子状態変化を、実験と独立に予言する方法を確立することを目的としたものである。
本年度は圧力一定の第一原理分子動力学法プログラムを開発・整備し、大規模計算を目的として並列計算機用に最適化を行った。また構造転移や表面での原子拡散の活性障壁を求める効率的な計算アルゴリズム(Forth-Inversion Technique)を開発した。このプログラムを使って、グラファイト、シリサイド、BC_2N、グラファイト層間化合物の圧力誘起構造変化のシミュレーションを行った。これにより、高温でのグラファイト-立方晶ダイヤモンド転移と、低温で見られるグラファイト-六方晶ダイヤモンド転移の違いを明らかにした。またヘテロダイヤモンドBC_2Nの安定構造と電子物性を予測し、高圧を用いた二つの合成方法を提案した。一つはB,C,Nがまざったグラファイト様層状構造をもつh-BC_2Nを、原子拡散が起きないように低温で庄縮し、準安定なダイヤモンド型構造に転移させる方法、もう一つはグラファイトとグラファイト様BNの超格子を出発物質として同じく低温圧縮する方法である。とくに後者は、さまざまなスタッキング構造の超格子を用意することにより、これまでにない光・電子物性をもつ新物質を合成する手法として期待される。
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