パラ水素固体中のトンネル現象の量子統計力学的ダイナミクスの研究

仲氢固体中隧道现象的量子统计力学动力学研究

• 批准号: 09226226
• 负责人: 衣川 健一
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Nara Women's University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09226226/
• 关键词: 経路積分セントロイド; 分子動力学シミュレーション; パラ水素; トンネル; 量子統計力学的ダイナミクス

径路積分セントロイド分子動力学(CMD)シミュレーションの運動方程式(定温定圧CMD法)、数値積分アルゴリズム、およびそのCMDシミュレーションのためのプログラムを開発した。さらに、リチウム原子1個をドープしたパラ水素のクラスター(パラ水素の分子数は13、55、180個)とパラ水素スラブ(厚板)に対して2.5〜14.7Kの範囲でCMDシミュレーションを行い、分子の実時間ダイナミクスを調べた。クラスターの計算結果からは、2.5Kですでに、13個のクラスターは融解し、バルク液体と同様の分子拡散を呈していることがわかった。また、クラスターは一般にサイズが大きくなるほど融解しにくくなることや、リチウム原子はクラスターの表面に付着される傾向があることもわかった。また、セントロイドの速度自己相関関数のパワースペクトル(フォノンの状態密度)からは、量子化によってスペクトルが著しくレッド・シフトし、有効ポテンシャルのソフト化に対応していることがわかった。一方、スラブの計算では、はじめにhcp格子のab面を垂直方向に6層積み上げ、xy方向にのみ周期境界条件を課した配置を設定した。スラブの内部のいくつかの水素分子を除いた代わりにリチウム原子を1個ドープした。この欠陥の配置によってリチウム原子が表面に出てくる条件を調べた。その結果、そのためにはリチウム原子から表面に至る径路のパラ水素分子が予め取り除かれていること、さらにスラブ全体が融解していることが必要であることがわかった。さらに融解した層中では分子は2次元的拡散を呈していることも明らかとなった。また、リチウム原子がhcpの各層の三角格子を通過する際にその有効ポテンシャルの著しい低下、すなわちトンネルを伴うことを明らかにした。

Path integral セ ン ト ロ イ ド molecular dynamics (CMD) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の movement equation set (steady 圧 CMD method), the numerical integral ア ル ゴ リ ズ ム, お よ び そ の CMD シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の た め の プ ロ グ ラ ム を open 発 し た. さ ら に, リ チ ウ ム atoms 1 を ド ー プ し た パ ラ water element の ク ラ ス タ ー (パ ラ water element number の molecular は 13, 55, 180) と パ ラ water element ス ラ ブ (plate) に し seaborne て 2.5 ~ 14.7 K の van 囲 で CMD シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, molecular の be time ダ イ ナ ミ ク ス を adjustable べ た. ク ラ ス タ ー の results か ら は, 2.5 K で す で に, 13 の ク ラ ス タ ー は melting し, バ ル ク liquid と with others scattered を の molecular company is し て い る こ と が わ か っ た. ま た, ク ラ ス タ ー は general に サ イ ズ が big き く な る ほ ど melting し に く く な る こ と や, リ チ ウ ム atomic は ク ラ ス タ ー の に pay with さ れ る tendency が あ る こ と も わ か っ た. ま た, セ ン ト ロ イ ド の speed their phase masato masato number の パ ワ ー ス ペ ク ト ル (フ ォ ノ ン の state density) か ら は, quantization に よ っ て ス ペ ク ト ル が the し く レ ッ ド · シ フ ト し, unseen ポ テ ン シ ャ ル の ソ フ ト change に 応 seaborne し て い る こ と が わ か っ た. Side, ス ラ ブ の computing で は, は じ め に HCP grid の ab face を vertical に 6 laminated み げ, x, y direction に の み periodic boundary conditions を class し た configuration set を し た. ス ラ ブ の internal の い く つ か の water molecule を except い た generation わ り に リ チ ウ ム atomic を 1 ド ー プ し た. <s:1> 陥 陥 configuration によってリチウム atoms が surface に out てくる conditions を modulation べた. そ の results, そ の た め に は リ チ ウ ム atomic か ら surface に to る path の パ ラ water molecule giving が め り except か れ て い る こ と, さ ら に ス ラ ブ all が melting し て い る こ と が necessary で あ る こ と が わ か っ た. さ ら に melting し た layer で は molecular は 2 yuan company, are scattered を show し て い る こ と も Ming ら か と な っ た. ま た, リ チ ウ ム atomic が HCP の triangular lattice を の layers by す る interstate に そ の is sharper ポ テ ン シ ャ ル の the し い, す な わ ち ト ン ネ ル を with う こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

K.Kinugawa: "Centroid path integral molecular dynamics simulation of lithium para-hydrogen clusters" Journal of Chemical Physics. 106(3). 1154-1169 (1997)

K.Kinukawa：“锂仲氢团簇的质心路径积分分子动力学模拟”化学物理杂志。

衣川 健一: "径路積分セントロイド分子動力学法について〜新しい量子多体系実時間シミュレーションの方法論と応用" 物性研究. 68(4). 455-475 (1997)

Kenichi Kinukawa：“论路径积分质心分子动力学方法——量子多体实时模拟的新方法和应用”Condensed Matter Research 68(4) (1997)。