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2015 年度 実施状況報告書

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

研究課題/領域番号 15K05386
研究機関京都大学

研究代表者

金 賢得  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30378533)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード水素 / 核量子効果 / 分子動力学法
研究実績の概要

核だけでなく電子も同時に波束化し、スピン自由度を含めてフェルミオンとして扱うことでパウリの排他エネルギーを取り入れた量子分子動力学法を確立した。これにより、モデル相互作用ポテンシャルや経験的パラメータを導入することなく、分子間相互作用ポテンシャルの期待値がLennard-Jonesポテンシャルに特徴的な長距離分散力をしっかり表現できるようになり、飽和蒸気圧下のノーマルな液体や固体をはじめ、クラスターから高圧固体まで幅広い水素量子凝縮体への適用が可能となった。これは、長距離分散力を持たない第一原理密度汎関数法では実現不可能な本手法の最大のアドバンテージである。
飽和蒸気圧下で安定的な六方最密構造を持つ固体水素を実現することにも成功し、液体の場合のT型とは異なるジグザグ型の近接配向や、結晶格子方向に依存した異方的フォノンモード、そして固相librationの動的解析など量子分子性固体としての特性の提唱を行った。特に、液体から固体への相転移温度を正確に再現し、相転移によるlibration周波数の劇的変化やHH振動数の数cm-1オーダーの微小飛びまでを記述することに成功している。
最近では、冷却実験で未だに捉えられていない過冷却(準安定)状態をcomputationalに達成し、①温度上昇と共にredシフトして消えていくボゾンピークが出現し、その起源は部分的に崩壊したメゾクラスター内のフォノンモードである、②固体より低密度にもかかわらず動径分布関数の第一ピークが固体よりも近くに存在する、③配向ダイナミクスの時定数の温度依存性が液体と過冷却液体で明確に変化するため両者を区別しえ、その変化は拡散メカニズムの質的変化(cage脱出からメゾクラスター変形への変化)によって説明しうることを発見した。これらは将来、準安定状態の実験的モニタリングに役立つ先駆的情報となるであろう。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

量子分子動力学法を用いた様々な熱力学状態下の水素系を順調に解析している。

今後の研究の推進方策

手法の拡張及び様々な非平衡系への適用を試みている。

次年度使用額が生じた理由

研究員を雇用するための謝金が必要になったため物品費をセーブした。

次年度使用額の使用計画

研究計画を遂行するための研究員の謝金に充てる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Distinct Structural and Dynamical Difference between Supercooled and Normal Liquids of Hydrogen Molecules2016

    • 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

    • 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 pressure2015

    • 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

    • 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 dot2015

    • 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

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [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 – 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 – 2016-01-30
    • 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 – 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 – 2015-05-15
    • 招待講演
  • [備考] 専攻内の個人ページ

    • URL

      http://www.kuchem.kyoto-u.ac.jp/organization/member/kim.html

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公開日: 2017-01-06  

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