液体砒素・カルコゲン混合系における非金属・金属転移の第一原理シミュレーション

液态砷/硫属元素混合体系中非金属-金属转变的第一性原理模拟

• 批准号: 12740237
• 负责人: 下條 冬樹
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740237/
• 关键词: 半導体・金属転移; 砒素; カルコゲン; 液体; 第一原理計算; 分子動力学法; 理論; シミュレーション; セレン; 第一原理分子動力学法

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用いて、液体砒素・カルコゲン混合系おける非金属・金属転移の機構を調べた。本年度は、特にAs_2Se_3、As_2Te_3に対して計算を行い、平成12年度に行ったAs_2Se_3の計算結果との比較検討も行った。本研究により、以下のことを明らかにした。1)液体As_2S_3、As_2Te_3の非金属・金属転移およびAs_2Se_3との比較についてAs_2S_3における金属化の機構は、As_2Se_3におけるものと類似である。温度上昇に伴い、三次元ネットワーク構造から、1配位をとる硫黄と2配位をとる砒素を多く含む一次元的鎖構造へと変化する。このような構造変化と同時に、低配位数のイオンの周りにフェルミレベル近傍の電子状態が出現し、金属化が起こる。また、硫黄から砒素へ電荷移動が見られる点もAs_2Se_3と同様である。これに対し、As_2Te_3における金属化の機構は、As_2S_3、As_2Se_3とは異なっている。温度上昇に伴う構造変化においては、鎖構造への転移は見られず、高温まで2配位をとるテルルと3配位をとる砒素が多く存在する。フェルミレベル近傍の電子状態に対しては、テルルの周りの状態が大きく寄与し、砒素へ電荷移動はほとんど起こらない。2)化学量論的組成にない液体砒素・カルコゲン混合系の非金属・金属転移についてAs_xS_<1-x>(x=0.4,0.5,0.75,1.0)に対する計算を行い、砒素濃度の増加に伴う構造と電子状態の変化を調べた。砒素-砒素間の共有結合は、砒素-カルコゲン間または、カルコゲンーカルコゲン間の共有結合よりも弱い。従って、砒素の導入は、共有結合の切断を容易にし、金属化への転移温度を下げることになる。

研究了使用第一原理分子动力学的计算机模拟，研究了液体砷 - chalcogen混合物中非金属和金属转变的机制。 This year, calculations were performed in particular for As_2Se_3 and As_2Te_3, and also compared and examined the calculation results for As_2Se_3 that was performed in 2000. This study revealed the following: 1) Non-metal-metal transition of liquids As_2S_3 and As_2Te_3 and comparison with As_2Se_3 The mechanism of metallization in As_2S_3 is similar to that in AS_2SE_3。随着温度的升高，结构从三维网络结构变为一维链结构，其中包含大量硫，该硫取得了首次配位和砷，该结构需要第二个配位。在这种结构变化的同时，费米水平附近的电子状态出现在低配位数的离子周围，从而导致金属化。此外，观察到电荷转移从硫到砷，类似于AS_2SE_3。相反，AS_2TE_3中金属化的机制与AS_2S_3和AS_2SE_3中的机制不同。在与温度升高相关的结构变化中，未观察到向链结构的过渡，并且有许多柜子需要两坐标和砷，即使在高温下也需要三坐标。周围的柜状态对费米水平附近的电子状态做出了巨大贡献，几乎没有电荷转移到砷中。 2）我们对AS_XS_ <1-X>（x = 0.4,0.5,0.75,1.0）进行了计算，用于在液体砷 - chalcogen混合系统中的非金属/金属跃迁，这些混合系统不在stoichiemetric组成中，并研究了培训浓度增加的结构和电子状态的变化。砷屈光度之间的共价键比砷 - chalcogen之间的共价键或chalcogen-chalcogen之间的共价键弱。因此，砷的引入促进了共价键断裂，并降低了过渡温度至金属化。

项目成果

宗尻 修治: "Structure and self-diffusion of liquid germanium studied by a first-principles molecular-dynamics simulation"Journal of Non-Crystalline Solids. (掲載決定).

Shuji Muneshiri：“通过第一原理分子动力学模拟研究液态锗的结构和自扩散”非晶固体杂志（已出版）。

下條 冬樹: "Liner-scaling density-functional-theory calculations of electronic structures based on real-space grids : design, analysis, and scalability test of parallel algorithms"Computer Physics Communications. 140. 303-314 (2001)

Fuyuki Shimojo：“基于真实空间网格的电子结构的线性标度密度泛函理论计算：并行算法的设计、分析和可扩展性测试”计算机物理通信。140. 303-314 (2001)

仙田 康弘: "The liquid-liquid phase transition of liquid phosphorus studied by ab initio molecular-dynamics simulations"Journal of Non-Crystalline Solids. (掲載決定).

Yasuhiro Senda：“从头开始分子动力学模拟研究液态磷的液-液相变”非晶固体杂志（已出版）。

星野公三: "Metal-semiconductor transition in liquid-alkali-Te mixtures : ab initio molecular-dynamics simulations"Journal of Physics : Condensed Matter. 12. A189-A194 (2000)

Kozo Hoshino：“液体-碱-Te 混合物中的金属-半导体转变：从头算分子动力学模拟”《物理学杂志：凝聚态》12. A189-A194 (2000)。

下條 冬樹: "Semiconductor-metal transition in liquid arsenic chalcogenides by ab initio molecular-dynamics simulations"Journal of Non-Crystalline Solids. (掲載決定).

Fuyuki Shimojo：“从头开始分子动力学模拟液态砷硫属化物中的半导体-金属转变”非晶固体杂志（已出版）。