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 The properties of semiconductor are shown in liquid, low temperature and high temperature, and the metal state is associated with polymer. The properties of metals, semiconductor materials, and supercooled liquids below 300℃ are shown in the table below. The former (non-metallic and metallic migration in liquid) is related to the research conducted in Heisei 9, and the mechanism of separation is clear. This year, the first principles molecular dynamics method of mixed systems in liquid and low temperature systems was used to study the relationship between the stability of liquid and electron states. The results show that the average lock length is longer than the average lock length, and the properties of the metal are lost. This study is aimed at: "semiconductor and metal transition of liquid and metal, transformation and deep relationship of lock-like structure, average lock-length short, lock-end large amplitude, near-range state increase, metal properties continue to increase." When the liquid is in contact with the polymer, the polymer is relatively stable, and the polymer is cut off at high temperatures. In the case of a liquid, the melt is weaker than the common bond in the lock, and the melt is stronger than the common bond in the lock. The average locking length at the melting point is several degrees higher than that at low temperatures, indicating the properties of metals. The spatial distribution of residual charge in this study was successfully solved.

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）。