ナノクラスターにおける協奏的原子操作の現象解明およびその応用

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今年度は、分子動力学（MD）計算および密度汎関数法（DFT）を用いた理論シミュレーションに取り組み、これまでFM-AFMを用いて得られた実験結果を解釈するために必要な理論計算結果を出すことに成功した。具体的には、ダッソーシステムズ社のDMol3を用いてDFTを行い、ヘテロ帯電表面構造をもつクリノクロア表面やイオン液体分子の静電ポテンシャルおよび電場分布の可視化を行った。更に、ダッソーシステムズ社のForciteによるMD計算を用いて得られたトラジェクトリーファイルから、水分子やイオン液体分子の溶媒和構造内における、原子密度や拡散係数、分子配向などの時間平均などの解析計算を行うためのプログラムをVisual Studio.NETを用いて開発を行った。また、水分子密度から探針-試料間に働くフォースを算出するためのプログラムの開発も行った。この開発を行ったプログラムを用いて、異なった表面構造次元をもつケイ酸塩鉱物試料やカルサイトなどの表面上の水和構造、異なった表面電荷密度をもった試料表面上におけるイオン液体の純液および水溶液の溶媒和構造可視化、水溶液に溶け込んだ窒素や酸素分子などの溶存気体の吸着構造可視化、などの計算を行い、これまでの実験結果に対応するデータを出すことに成功した。更には、界面活性剤水溶液中において、AFM探針および試料表面上に形成するミセル構造の間に働く粘弾性力をそれぞれHertz理論および流体力学効果の理論式より構築し、フォースマップより得られた実験結果から、試料表面のヤング率および粘度を分子スケールで評価できるフレームワークの構築にも成功した。