新しい高圧下材料の量子設計 : 地質物質科学への適用

高圧は新規な構造や物性を実現するために有益な実験手法である。ダイヤモンドアンビルセルやレーザー加熱法を用いた近年の実験技術の進展は目を見張る物が有り、高温・高圧での物質の新規な相安定性を観察できるようになった。炭素基、窒素基の新しい硬質材料の可能性が理論的に予測された後、多くの実験研究、理論研究が行われ、合成、物性評価、モデリング、新しい結晶、カーボンナイトライド相の研究が推進されてきた。実験的にはHCNガス相は1.3GPa以上で一部がポリマー化することが示されている。一方、HCNクラスターの安定性の多くの静的計算があるが、動的形成過程の理論研究は少ない。常圧下では、HCNは2つの分子結晶構造をとることが知られている。260-280Kでは体心正方格子構造、それ以下の温度では斜方晶系構造である。無色のガスであるC_2N_2は-95℃以下では斜方晶系構造Pcabをとることが知られている。本研究では、この分子結晶の高圧での相転移を計算するために、実験研究者が提案しているユニットセルに4この分子を入れた系を計算した。シアン分子は、パラシアノゲンとして実験的に知られている金属的なグラファイト状の平面構造に変化する。圧力を上げると3.2eVのバンドギャップを持つカーボンナイトライド固相に変態する。この変態は1次の相変態である。平面構造は10員環のリング状であり、2個のC-C、4個のC-N、4個のC=Cから構成されている。これらの物質の光学特性、機械的特性、安定性も第一原理計算から評価した。

高圧は新規な構造や物性を実現するために有益な実験手法である。ダイヤモンドアンビルセルやレーザー加熱法を用いた近年の実験技術の進展は目を見張る物が有り、高温・高圧での物質の新規な相安定性を観察できるようになった。炭素基、窒素基の新しい硬質材料の可能性が理論的に予測された後、多くの実験研究、理論研究が行われ、合成、物性評価、モデリング、新しい結晶、カーボンナイトライド相の研究が推進されてきた。実験的にはHCNガス相は1.3GPa以上で一部がポリマー化することが示されている。一方、HCNクラスターの安定性の多くの静的計算があるが、動的形成過程の理論研究は少ない。常圧下では、HCNは2つの分子結晶構造をとることが知られている。260-280Kでは体心正方格子構造、それ以下の温度では斜方晶系構造である。無色のガスであるC_2N_2は-95℃以下では斜方晶系構造Pcabをとることが知られている。本研究では、この分子結晶の高圧での相転移を計算するために、実験研究者が提案しているユニットセルに4この分子を入れた系を計算した。シアン分子は、パラシアノゲンとして実験的に知られている金属的なグラファイト状の平面構造に変化する。圧力を上げると3.2eVのバンドギャップを持つカーボンナイトライド固相に変態する。この変態は1次の相変態である。平面構造は10員環のリング状であり、2個のC-C、4個のC-N、4個のC=Cから構成されている。これらの物質の光学特性、機械的特性、安定性も第一原理計算から評価した。