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

2002 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 / 半屈曲高分子溶液

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、Cu_xAu_<1-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ってきた。得られた熱膨張係数や融解温度は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、Cu_xAu_<1-x>合金の規則不規則変態の相図も組成比xに対して連続的に計算し、ほぼ実験から得られる数値を再現することが分かった。この結果は現在投稿中である。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、高分子の屈曲性が温度に依存することを明らかにした。さらに、様々な濃度と屈曲性の場合に高分子鎖の慣性半径を求め、金属材料研究所研究会(代表:大野かおる、平成14年11月18日〜19日、仙台)ならびに高分子基礎研究会(代表:田中文彦、平成15年1月31日〜2月2日、三重県、ハートピア長島)などで発表した。このように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ていくことが大いに望まれる。

研究成果

• [文献書誌] T.Ohtsuki, K.Ohno, K.Shiga, Y.Kawazoe, H.Yuki: "Se atom incorporation in fullerenes by using nuclear recoil and ab initio molecular dynamics simulations"Physical Review B. Vol.65. 73402:1-73402:5 (2002)
• [文献書誌] Kaoru Ohno: "Scaling theory and computer simulation of star polymers in good solvents"Condensed Matter Physics (Lviv). Vol.5 No.1(29). 15-36 (2002)
• [文献書誌] S.Ishii, K.Ohno, Y.Kawazoe, S.G.Louie: "Ab initio GW quasiparticle calculation of small alkali-metal clusters"Physical Review B. Vol.65. 245109;1-245109:6 (2002)
• [文献書誌] R.Saravanan, Y.Ono, M.Isshiki, K.Ohno, T.Kajitani: "Electron density distribution in GaAs using MEM"J. Phys. Chem. Solids. Vol.64. 51-58 (2002)
• [文献書誌] 大槻勤, 大野かおる, 川添良幸: "フラーレンへの異原子挿入の可能性を探る"季刊フラーレン. 第9巻. 177-193 (2001)
• [文献書誌] 大槻勤, 大野かおる: "核的反跳によるフラーレンへの異種原子挿入とその理論的考察"The Bulletin of the Cluster Science and Technology. 第5巻. 23-29 (2002)