2013 Fiscal Year Research-status Report
超高圧水素の金属転移と構造：準粒子計算に基づくバンドからみた構造
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25400371
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
長柄 一誠 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任教授 (10135676)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | GW近似計算 / 金属水素 / バンド構造 / 構造探索 / 軽元素 |
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| Research Abstract |
本研究では圧縮水素の金属転移圧のより正確な評価を目指し、通常のLDA,GGAの近似に基づく第一原理計算を越える、GW近似に基づいた手法を用いてバンドギャップの評価を行い、金属転移圧のより正確な評価をする。GW近似に基づくバンド構造を得るための利用可能な第一原理計算パッケージは存在し、その計算精度もほぼ判ってきているが、利用出来るパッケージの数はまだ多くなく、そのため種々の物質への適用には、なおある程度の注意深い精度確認等も必要である。
我々は、日本で鳥取大の小谷岳生氏を中心に維持開発が行われているECALJと呼ばれるパッケージを用いる。これまでYH3の圧力誘起金属転移を調べ、計算結果の確認のためヨーロッパ開発のVASPパッケージによるチェックも行ってきた。得られたYH3の転移圧は最近の阪大極限センターでの実験結果を支持するものであった。本年度の前半では、同じく阪大の極限センターの実験グループによるヨウ素の高圧構造と圧力誘起金属転移の詳細な測定結果の発表を受けて、GW近似計算の精度確認のためヨウ素のGW計算による圧力誘起金属転移の転移圧評価を行った。結果は阪大極限センターのグループの実験結果とよい一致を示すものであり、2013年秋のロンドンでのヨーロッパ高圧会議(EHPRG)で発表するとともに、High Pressure Reseachに投稿し受理されている。それに続いて本研究の主目的である水素の高圧構造探索と、すでに予測されている高圧構造でのバンド構造と金属転移圧評価のための計算を始めている。
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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
年度前半までの研究により、GW近似計算はYH3、ヨウ素等の磁性に関係しない物質では、高圧下でのバンドギャップが精度よく評価出来ることが確認出来た。
圧縮水素の１００GPaを越える圧力下での高圧構造に関しては、主に第一原理計算を用いて実に多くの構造が提唱されており、いままで提唱されている多くの構造を整理してGW計算計算を始める必要があると共に、まだ多くの未知構造が残されている可能性もあり、未知構造探索も必要である。未知構造の探索では、阪大極限センターで第一原理計算を行っている石河孝洋氏に連携研究者として協力を頂いている。最近彼の計算で水素金属化圧に近いと考えられる４００GPaを越えた圧力付近で、大きい構造揺らぎが期待される構造が見つかり、その構造特定と物性をまず調べた。結果は現在論文にまとめている。
我々はECALJパッケージを用いているが、ECALJはバンド図が容易に描けるため、バンドギャップと金属転移圧の評価には使いやすい。現在のVASPではk-空間での内挿が難しくバンド図を描くことが難しい。ただVASPパッケージはECALJに比べて高速である。計算速度の改良とさらなる使い易さを求めて連携研究者の鳥取大小谷岳生氏の協力を得ており、彼によって改良されたパッケージを用いて、圧縮水素の新しい構造も含めたGW計算を始めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度では圧縮水素のバンド構造、バンドギャップ評価を多くの実現可能性の高い構造について行う。
そのなかには、詳しい構造データが発表されていないものもあり、阪大極限センターの石河孝洋氏の協力を得て構造探索、構造最適化を行ってからGW計算を行う。バンド構造、バンドギャップ評価は構造依存性が高く、より信頼出来る構造データが欠かせない。
簡単な構造に関しては手持ちのクラスター(3nodes-6CPU-36cores)でも可能なので、手元で行う。信頼出来る構造データが得られれば、水素の場合電子数の少ない周期律表の左側に存在する元素なので,構造の複雑さにも依存するが、GW計算でのマシンタイム要求はそう高くはないと予想される。提唱されている構造、未知構造のバンド構造を出きるだけ多く調べることにより、現在予想されている４００GPa付近での金属水素の実現可能な構造とその金属転移圧の信頼性の高い予測を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
学会参加費として支払い請求した分が、会費を含み不適項目として支出出来なかった為。
次年度のその他（文房具）として使用予定
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