液体カルコゲンにおける非金属・金属転移の第一原理シミュレーション

液态硫属元素中非金属-金属转变的第一性原理模拟

• 批准号: 09740287
• 负责人: 下條 冬樹
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740287/
• 关键词: 非金属・金属転移; カルコゲン; セレン; テルル; ルビジウム; 第一原理分子動力学法; 液体; シミュレーション; イオウ; クラスター

液体カルコゲン(セレン、テルル)は、2配位共有結合を持つ鎖状高分子からなる液体である。液体セレンは、低温においては半導体的性質を示すが、温度を上昇させていくと、鎖状高分子が短くなるのに伴い金属状態になる。一方、液体テルルは、融点直上から金属的性質を示し、半導体への転移は、300℃以下の過冷却液体において起こる。前者(液体セレン中の非金属・金属転移)に関しては、平成9年度に行った研究により、そのミクロな機構を明らかにした。本年度では、低温においても金属的性質を示す液体テルル中における、鎖状構造の安定性と電子状態の関係を明らかにするために、アルカリ・テルル混合系の第一原理分子動力学法による計算機シミュレーションを行った。その結果、アルカリ添加に伴い、テルル鎖が安定化され平均鎖長が長くなると共に、テルルの金属的性質が失われていくことを示した。本研究により、明らかになったことは、「液体カルコゲンの半導体・金属転移は、鎖状構造の変化と深く関係しており、平均鎖長が短くなると、鎖端に大きな振幅を持つフェルミレベル近傍の状態が増え、金属的性質を持つようになる」ということである。液体セレンの場合、セレン鎖は比較的安定であり、鎖状高分子の切断は、ある程度の高温にならないと起こらない。しかし、液体テルルの場合、セレンに比べ鎖内の共有結合が弱いため、融解と同時にテルル鎖の切断が起こる。融点直上で平均鎖長は数個程度になり、低温でも金属的性質を示すことになる。また、本研究では、アルカリ原子からテルル鎖に移った余剰電荷の空間分布を求めることにも成功し、実験結果の解釈に、重要な指針を与えた。

Liquid カルコゲン (セレン, テルル)は, 2-coordinated shared bonded lock-like polymer からなる liquid である. Liquid セレンは, low-temperature においては semiconductor properties をすが, temperature をrise させていくと, lock-like polymer がshort くなるのに与いmetal state になる. On the one hand, liquid テルルは, the melting point is directly above the metal's properties, をし, semiconductor への転movable, and supercooled liquid 300°C or below, において起こる. The former (liquid セレン中のmetal・metal transfer) に关しては, the 2006 に行った Research により, and the そのミクロなMechanism を明らかにした. This year's では, low-temperature においてもmetal properties are shown, the liquid テルル中における, the stability of the lock-like structure, and the relationship between the electronic states are clarifiedらかにするために, アルカリ・テルル mixed system の first principles molecular dynamics method による computer シミュレーションを行った. The result of その, the addition of アルカリにbandい, the stabilization of テルル lock and the average lock length が长くなると公に、テルルの的metal properties がloss われていくことをshow した. This study is based on the research on the により, 明らかになったことは, "liquid カルコゲンのsemiconductor・metal transfer", lock-like structure の変化とdepthくrelational しており, average lock Long and short くなると, lock end に大きな amplitude をhold つフェルミレベル near のThe state of the metal is improved, and the properties of the metal are maintained. In the case of liquid セレンの, セレンはは is relatively stable, lock-like polymer is cut, and high-temperature にならないとこらない is used. In the case of しかし, liquid テルルの, the セレンに than the べ Lock in the の joint has the weak いため, and the melting と simultaneously にテルルルの cut off the がこる. The melting point is directly above the average lock length of several degrees, and the properties of low-temperature metals are also shown in the figure.また、This studyでは、アルカリatomicからテルルlockにshiftった牰chargeのspace Distribution is the success of the search, the solution to the result, and the important pointer.

项目成果

下條 冬樹: "Effects of doped acceptor ions on proton diffusion in perouskite oxides:a first-principles molecular dynamics simulation" Journal of Physics:Condensed Matter. 10・2. 285-294 (1998)

Fuyuki Shimojo：“掺杂受体离子对钙钛矿氧化物中质子扩散的影响：第一原理分子动力学模拟”物理学杂志：凝聚态物质10・2（1998）。

下條冬樹: "Atcmic structure and charge trasfer in liquid Rb-Te mixtures ; an ab initio molecular-dynamics simulation" Physical Review B. 59. 3514-3520 (1999)

Fuyuki Shimojo：“液体 Rb-Te 混合物中的 Atcmic 结构和电荷转移；从头算分子动力学模拟”物理评论 B. 59. 3514-3520 (1999)

宗尻 修治: "The effective pair potential of expanded liquid caesium obtained by the inverse method" Journal of Physics:Condensed Matter. 9・16. 3303-3312 (1997)

Shuji Muneshiri：“通过反演方法获得的膨胀液体铯的有效对势”《物理学杂志：Condensed Matter》9・16（1997）。

下條 冬樹: "Semiconductor-metal transition in fluid selenium:an ab initio molecular dynamics simulation" Journal of Physics:Condensed Matter. 10・6. 1199-1210 (1998)

Fuyuki Shimojo：“流体硒动力学中的半导体-金属转变：从头算分子模拟”物理学杂志：凝聚态物质10・6（1998）。

下條 冬樹: "Photo-induced bond breaking in S_8 ring :an ab initio molecular dynamics simulation" Journal of Physics:Condensed Matter. 10(掲載決定). (1998)

Fuyuki Shimojo：“S_8 环中的光致键断裂：从头算分子动力学模拟”《物理学杂志：凝聚态》10（已出版）。