遷移金属酸化物クラスターの酸化過程の解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750608
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: BRIERE Tina Marie 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80332518)
• キーワード: 第一原理計算 / スピン / 低次元物質 / ナノ物質 / スーパーコンピューター / 電子占有度 / 金属イオンクラス / 擬ポテンシャル

研究概要

スーパーコンピューターを使った第一原理シミュレーション計算法を活用することにより、広範な金属原子クラスターの磁性の詳細を研究した。特に、マンガンクラスターに関しては、極めて複雑なスピン構造を有しており、これまでにも実験及び理論研究が多くなされて来ていたにも係わらず結論が出ていなかったが、今回、基底状態付近の磁性に関して膨大なシミュレーション計算を行って、その確実な理解を得ることに成功した。さらに、アルミニウムや貴金属クラスターに本シミュレーション研究範囲を拡大し、多くの有用な結果を得ることが出来た。全電子混合基底法中で用いるGGA計算用プログラム作成を行い、他では実行出来ない、芯電子を含む系のエネルギー絶対値算定を可能とし、クラスター計算に適用した。2元系クラスターへの適用は従来ほぼなされたことがなく、新規な物性の導出に成功した。
酸素分子と金属原子クラスターの反応過程を時間依存第一原理シミュレーション計算によって追跡し、酸化過程の詳細を研究した。その中でも、電子の占有度は実験的には決定困難であり、本研究によって初めて情報を確立できた。励起エネルギーと振動子強度を計算し、実験で得られている光乖離反応と比較検討することによって、反応過程のダイナミックスの追跡とその詳細を決定することが出来た。
2年間の研究成果は、国内外の会議で発表して、議論を高めると共に、まとめて7編の論文として国際的に著名な学術雑誌に報告し、世界の学界から注目を集めた。

研究成果

• [文献書誌] T.M.Briere: "Atomic structures and magnetic behavior of Mn clusters"Physical Review B. 66. 064412 (2002)
• [文献書誌] T.M.Briere: "Structures of Mn clusters"Bulletin of Materials Science. 26. 115 (2003)
• [文献書誌] A.Terasaki, T.M.Briere, et al.: "Ferromagnetic Spin Coupling in the Manganese Trimer Ion Evidenced by Photodissociation Spectroscopy"Journal of Chemical Physics. 118. 2180 (2003)
• [文献書誌] C.Majumder, T.M.Briere, et al.: "Interactions of a Conjugated Molecular Diode With Small Metal Clusters of Cu, Ag, and Au : First-Principles Calculations"Journal of Chemical Physics. 117. 7669 (2002)
• [文献書誌] C.Majumder, T.M.Briere, et al.: "Molecular Resistance in a Molecular Diode : A Case Study of the Substituted Phenylethynyl Oligomer"Journal of Physical Chemistry A. 106. 7911 (2002)
• [文献書誌] A.K.Singh, V.Kumar, T.M.Briere, et al.: "Cluster Assembled Metal Encapsulated Thin Nanotubes of Silicon"Nanoletters. 2. 1243 (2002)