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。

液体chalcogen（Selenium，Tellurium）是由具有两坐标协调键的链聚合物组成的液体。液体硒在低温下表现出半导体的特性，但是随着温度的升高，链聚合物变短并变成金属状态。另一方面，液体柜从熔点上方表现出金属性能，并且向半导体的过渡发生在300°C或下方的超冷液体中。关于前者（液体硒中的非金属/金属过渡），1997年进行的一项研究揭示了其微观机制。在今年，我们使用碱性混合系统的第一原理分子动力学进行了计算机模拟，以阐明链结构的稳定性与液体漏液中电子状态的稳定性，即使在低温下，它们也表现出金属性能。结果，结果表明，随着碱的添加，柜链的稳定，平均链长的增加，并且丢失了校的金属特性。这项研究已经揭示的是：“液体沙尔氏菌的半导体 - 金属过渡与链结构的变化密切相关，当平均链长缩短时，在费米水平接近费米水平的状态时，链端的幅度很大，导致金属特性增加。”在液体硒的情况下，硒链相对稳定，直到达到一定的高温后才发生链聚合物的裂解。然而，在液体柜子的情况下，链内共价键比硒中弱，柜链链在熔化的同时断裂。平均链长大约在熔点高于熔点，即使在低温下，它也具有金属性能。在这项研究中，我们还成功地确定了从碱原子转移到柜子链的过量电荷的空间分布，为解释实验结果提供了重要的指南。

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: "Stable positions and probable migration paths of a proten in Y-doped SrCeO_3 : an ab initio molecular-dynamics simulation" Journal of the Physical Society of Japan. 67. 2008-2011 (1998)

Fuyuki Shimojo：“Y 掺杂 SrCeO_3 中蛋白质的稳定位置和可能的迁移路径：从头算分子动力学模拟”日本物理学会杂志 67。2008-2011（1998）。

仙田康浩: "The origin of the first sharp diffraction peak in liquid Na-Pb alloys : ab initio molecular-dynamics simulation" Journal of Physics : Condensed Matter. 掲載決定. (1999)

Yasuhiro Senda：“液态 Na-Pb 合金中第一个尖锐衍射峰的起源：从头开始分子动力学模拟”《物理学杂志：凝聚态》（1999 年）。