原子間力を格子気体モデルにマッピングするポテンシャル繰り込み理論

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650714
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 大野 かおる 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40185343)
• キーワード: 繰り込みポテンシャル / 分子動力学法 / モンテカルロシミュレーション / 格子気体模型 / 分配関数 / 規則不規則変態 / 相転移 / 半屈曲性高分子鎖溶液

研究概要

置換型合金の原子拡散や規則不規則変態などは長時間スケールの現象であり、分子動力学法の適用限界を遥かに越えている。この種の現象は格子気体モデルで扱うのが効率的である。我々は、現実的な非離散系の分配関数と格子気体モデルの分配関数が等しいという条件から格子気体モデルの相互作用パラメータを決定するという、全く新しい考え方に基づく「ポテンシャル繰り込み理論」を提案し、Si結晶、CuxAu1-x合金に対して、このポテンシャル繰り込み理論を用いて各温度で決定された相互作用パラメータを持つ格子気体モデルのモンテカルロ・シミュレーションを行い、熱膨張係数や融解温度は仮定したポテンシャルを用いて分子動力学シミュレーションから得られる値とほぼ一致した。CuxAu1-x合金の規則不規則変態については分子動力学計算が出来ないので、比較が困難であったが、Cu3AuおよびCuAuの場合に我々の得た規則不規則変態温度は、実験値と50K程度のずれの範囲で一致した。本研究では、C60結晶の昇華・融解に関する相転移の場合にもポテンシャル繰り込み理論を適用し、fcc格子気体模型においてオンサイト・エネルギーが隣接サイトのC60占有数の非線形な関数として近似的に記述出来ることを明らかにした。今後は、この近似模型を用いてC60に対するモンテカルロ・シミュレーションを行っていく必要がある。本研究では、また、良溶媒中の半屈曲性高分子のコンフォメーションを調べるのにもこのポテンシャル繰り込み理論を適用しつつある。ポテンシャル繰り込み理論は分子動力学法と格子気体モデルを繋ぐ架け橋となる有力な研究手法であり、この他にも今後多くの系に適用され、その真価が発揮されていくと考えている。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohno, Y.Kawazoe: ""Abnormal intermolecular interation between overlayer C_<60> moleculesdue to induced dipole moments in C_<60> thin films adsorbed on substrates""Scripta Mater.. 44. 1579-1582 (2001)
• [文献書誌] A.Yamamoto, A.Syouji, T.Goto, E.Kulatov, K.Ohno, Y.Kawazoe, K.Uchida, N.Miura: ""Excitons and band struture of highly anisotropic GaTe single crystals""Phys. Rev.. B64. 35210:1-35210:9 (2001)
• [文献書誌] T.Ohtsuki, K.Ohno, Y.Kawazoe: ""Formation of New Materials in Fullerenes by Using Nuclear Recoil""Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.. 26. 1159-1162 (2001)
• [文献書誌] T.Kajitai, R.Saravanan, Y.Ono, K.Ohno, M.Issiki: ""High resolution electron density distribution determination for GaAs and CdTe""J. Cryst. Growth. 229. 130-136 (2001)
• [文献書誌] R.Sahara, H.Mizuseki, K.Ohno. H.Kubo, Y.Kawazoe: ""Lattice Monte Carlo simulation with a renormalized potentioal in Si""J. Cryst. Growth. 229. 610-614 (2001)
• [文献書誌] T.Ohtsuki, K.Ohno, K.Siga, Y.Kawazoe, Y.Maruyama, K.Shikano, K.Masumoto: ""Formation of Sb- and Te-doped fullerenes by using nuclear recoil and molecular dynamics simulations""Phys. Rev.. B64. 125402:1-125402:5 (2001)
• [文献書誌] Y.Kawazoe, T.Kondow, K.Ohno: "Clusters and Nanomaterials : Theory and Experiment(Springer Series in Cluster Physics)"シュプリンガー・フェアラーク社(ドイツ:ベルリン、ハイデルベルグ). (2002)