遺伝的アルゴリズムを用いたフォノン状態密度解析手法の確立と実在物質への適用

遗传算法声子态密度分析方法的建立及其在实际材料中的应用

• 批准号: 21K05001
• 负责人: 上田 康平
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Anan National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05001/
• 关键词: 比熱; フォノン

本研究の目的は，遺伝的アルゴリズムを利用して，比熱から，フォノンの周波数分布(g(ω)，ωは振動数)を求める方法を開発し，さらにそれを比熱の解析方法に応用する方法を確立することにある。現在までに，不確かさ内で比熱を再現するg(ω)を得る手法は開発済みである。しかし，それが物理的に有意な解であるかの保証はない。ナフタレンは中性子実験，分光実験，計算化学など複数の手法からg(ω)が報告されており，提案する手法で比熱から導出されたg(ω)が真のg(ω)であるかを見極めるためのよいモデル物質となりうる。ただし，極低温領域の比熱は報告されていなかったため，ナフタレンの比熱を２Ｋまで測定した。十分な精度での測定に成功し，デバイ温度の決定までをおこなった。比熱には，すべての分子振動の影響が含まれている。解析に用いた比熱の温度領域に比べ相応に高いエネルギー領域にある高振動数の分子振動の分布の詳細は，比熱には平均的な物としての寄与としてしかなく，量子化学計算の結果を用いて近似すれば十分と考えていたが，その近似では不十分な場合があることを前年度に見出している。このような現象は，分子内振動自由度が少ない比較的小さな分子でより顕著であった。つまり，比熱測定を行ったエネルギースケールから相当離れたエネルギーのg(ω)をも比熱から導出可能である。6原子からなるジ亜リン酸の210 K以下の比熱には，エネルギースケールが約４倍のω＝800 K近くまでのg(ω)の情報が有意に含まれていることが分かった。

本研究的目的是开发一种使用遗传算法从比热确定声子频率分布（g(ω)，ω是频率）的方法，并将该方法应用于比热分析方法。目标是建立迄今为止，已经开发出一种方法来获得 g(ω)，该方法可以在不确定性范围内重现比热。然而，不能保证这是一个物理上重要的解决方案。对于萘，g(ω)已经通过中子实验、光谱实验和计算化学等多种方法得到报道，我们将使用所提出的方法来确定由比热导出的g(ω)是否是真实的g(ω)它可以成为很好的模型材料。然而，由于深冷区的比热尚未报道，因此测得萘的比热低至2K。我们成功地以足够的精度进行了测量，甚至确定了德拜温度。比热包括所有分子振动的影响。与分析中使用的比热的温度范围相比，高频分子振动在相对较高的能量范围内的分布细节是使用量子化学计算的结果确定的，因为它们仅对比热有贡献我们认为使用以下方法来近似结果就足够了，但我们在前一年发现这种近似是不够的。这种现象在分子内振动自由度较小的相对较小的分子中更为明显。换句话说，即使对于与测量比热的能量尺度相距甚远的能量，也可以从比热导出g(ω)。研究发现，由六个原子组成的二磷酸的比热在 210 K 以下显着包含有关 g(ω) 的信息，高达近 ω = 800 K，大约是能量尺度的四倍。

项目成果

定圧熱容量からフォノン状態密度分布を導出する方法の開発と実在物質への適用

开发一种从恒压热容导出声子状态分布密度的方法及其在实际材料中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: 上田 康平; 小國正晴
• 通讯作者: 小國正晴

Phase-Transition Behaviors of Crystalline Hypophosphorous Acid and a Feasible Incommensurate Wave-like Array of the Proton Displacements from Each Center of Hydrogen Bonds along the 1-Dimensional Chain

结晶次磷酸的相变行为和一维链上每个氢键中心的质子位移的可行的不相称波状阵列

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c07061
• 发表时间: 2023
• 作者: Kohei Ueda;Masaharu Oguni
• 通讯作者: Masaharu Oguni

定圧熱容量からフォノン状態密度分布を導出する方法の開発と実在物質への適用

开发一种从恒压热容导出声子状态分布密度的方法及其在实际材料中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: 上田 康平; 小國正晴
• 通讯作者: 小國正晴

Phase-Transition Behaviors of Crystalline Hypophosphorous Acid and a Feasible Incommensurate Wave-like Array of the Proton Displacements from Each Center of Hydrogen Bonds along the 1-Dimensional Chain

结晶次磷酸的相变行为和一维链上每个氢键中心的质子位移的可行的不相称波状阵列

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c07061
• 发表时间: 2023
• 作者: Kohei Ueda;Masaharu Oguni
• 通讯作者: Masaharu Oguni