分子軌道法を基にした分子動力学法の非晶質酸化物への適用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650734
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 博之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (10193608)
• Keywords: 分子動力学法 / ガラス構造 / 分子軌道法 / 3体ポテンシャル / SiO2ガラス / 原子間振動スペクトル / クラスタ計算 / 電子状態の考慮

Research Abstract

本研究は、電子状態をある程度考慮した分子動力学法を作成し、非晶質酸化物への適用性を評価することを目的としている。本年度は、近似のレベルは低いが、計算速度が速い経験的手法の評価を行った。具体的には,非経験的分子軌道法であるGAMESSを用いて、SiO_4、PO_4,BO_3、BO_4を基本構造単位とするクラスタを作成し、個々の結合距離や結合角を変化させたエネルギー計算から、個々のSi-O, P-O, B-Oの原子対ポテンシャルを2体ポテンシャルで近似した。さらに、Si-O-Si等の3体ポテンシャル関数の評価とパラメータの設定を行った。ここで得たポテンシャルの評価のために、SiO_2融体から冷却したガラス構造の動径分布関数、ガラスの原子間振動スペクトル、結晶構造の安定性を調べ、以下の知見を得た。(1)分子軌道法によるクラスタのエネルギー変化をある程度再現できる2体ポテンシャルを用いても、冷却により求めたSiO2ガラス中のSi-O-SiとO-Si-Oの構造の動径分布関数から推察される秩序性を充分に再現できないこと。(2)この再現のためには、Si-O-SiとO-Si-Oを対象とした3体ポテンシャルが有効であること。(3)振動スペクトルにおいて、3体ポテンシャルをもちいても、実測の振動モードの対応が充分に得られないこと。分子軌道法を基にして、関数、および、パラメータを求めた2および3体ポテンシャルを用いた分子動力学法では、ある程度実際と対応する構造モデルを作成できる。しかしながら、詳細な原子配列やエネルギー状態などを同時に満足するものを得ることは極めて困難であることがわかった。また、ここで得たポテンシャルを用いて、3成分系酸化物ガラスの構造シミュレーションを行い、組成の変化に対する酸素配位数の変化などの構造情報の抽出と実測を行った。

Research Products

• [Publications] K.Soga, H.Inoue, A.Makishima: "Simulation of optical spectra of Eu3+ ion i fluorizirconate glasses by molecular dynamic simulation and point charge crystal field"Journal of Applied Physics. 89(7). 3730-3735 (2001)
• [Publications] A.Makishima, Y.Orihara, K.Soga, H.Inoue: "Preparation and optical properties of TPPS-doped metal-carboxylate glasses"Science and technology of Advanced Materials. 2. 405-410 (2001)
• [Publications] H.Inoue, K.Soga, A.Makishima: "Simulation of the optical properties of Er : ZBLAN glass"Journal of Non-Crystalline Solids. (in press).
• [Publications] H.Inoue, K.Soga, A.Makishima: "Simulation of the optical properties of Tm : ZBLAN glass"Journal of Non-Crystalline Solids. (in press).