2021 Fiscal Year Annual Research Report
固体と相互作用する分子に対する量子化学計算手法の確立
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21J21500
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今村 洸輔 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 電子共鳴状態 / 量子化学計算 / 表面 / 低次元物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体の一部を切り出したクラスター構造の電子状態を電子共鳴状態として計算することで、束縛状態の電子状態計算とほとんど同じ手続きで固体の連続的な電子状態を再現できるという報告に注目して研究を遂行した。
2021年度は、電子共鳴状態の計算に利用される複素吸収ポテンシャル（Complex absorbing potential: CAP）の新たな形式を提案し、その妥当性をモデル系の計算から検証した。新たに提案したCAPはクラスターの外周の原子位置を中心とするガウス型関数の重ね合わせで表現される。この手法にはクラスターの切り出し方に対してCAPの配置が一意的に決まるという利点があり、表面吸着系や化学修飾した低次元炭素材料などを同じ枠組みで取り扱うことができる。また、ガウス型関数を用いることで積分評価を解析的に行えるため、計算が高速化され、より大きな系の計算が可能になると考えている。
提案した手法に基づく電子状態計算のプログラムを開発し、一次元・二次元固体のモデル系に適用した。比較のため、周期境界条件に基づくバンド計算のプログラムも作成し、モデル固体の状態密度を計算した。CAPを構成するガウス型関数には最大値と半値幅に対応する2つのパラメータがあり、それらに様々な値を振りながら計算を行った。本手法ではエネルギー固有値が複素数として得られ、状態密度がローレンツ型関数の和として表現される。この状態密度とバンド計算の結果を比較することで、連続性や発散挙動といった固体状態密度の形状を再現できるようなCAPパラメータが存在することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新たに提案した複素吸収ポテンシャルを用いることで、固体モデル系の電子状態を再現できることが確認された。よって、モデル系での検討を経て複素吸収ポテンシャルの形式を決定するという本年度の計画は達成されたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
複素吸収ポテンシャルのパラメータを最適化する手法の開発が必要と考えており、開発したプログラムを拡張して複素変分法や逆散乱法の適用が可能か検討する。
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