高圧を用いた新炭素物質合成の第一原理計算機シミュレーション

高压合成新型碳材料的第一性原理计算机模拟

基本信息

批准号：
09243207
负责人：
常行真司
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
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

项目摘要

結晶を低温もしくは室温で加圧したときに起きる圧力誘起構造変化の特徴は、温度が低いために熱拡散が起きず、反応が非平衡条件で起きること、そのために必ずしも設定温度・圧力での熱力学的安定相ばかりでなく、準安定相が現われることである。本研究の目的は、この低温圧縮によってどのような新しい炭素物質が合成可能か、またそれがどのような物性を示すかを、第一原理分子動力学法シミュレーションを用いて理論的に予測し、実物実験に向けての指針を提示することにある。我々はグラファイトと六方晶BNの単原子層からなる超格子構造を出発物質として、それを低温圧縮することにより、BCNヘテロダイヤモンドを合成する方法を提案した。本年度は積層を変化させることにより、最終的に得られるBCNヘテロダイヤモンドの電子物性がどのように変化するかを詳しく調べた。また我々は、Li-GICを出発物質とした場合に、Li原子が内包されたダイヤモンドができる可能性を、第一原理分子動力学法による構造最適化の結果に基づいて指摘したが、その場合にはLiと炭素の原子間距離が非常に小さくなるため、通常の擬ポテンシャルでは精度が不足する可能性がある。そこで通常よりも短い原子間距離に対応できるLiの擬ポテンシャルを作成し、テスト計算を行った。さらに、大規模な構造最適化とバンド計算により、C60固体にアルカリをドープした場合にポリマーが形成される機構を電子論の立場から調べた。

压力引起的结构变化的特征是在低温或室温下按下晶体时发生的结构变化是温度不会引起热扩散，并且反应发生在非平衡条件下，因此它不仅必须在设定和压力下作为热力学稳定相显示，而且还出现在设定和压力下。这项研究的目的是使用第一原理分子动力学模拟来预测通过这种低温压缩可以合成哪种新碳材料，并为实际实验提供指南。我们提出了一种通过使用由石墨单元层和六边形BN组成的超晶格结构来合成BCN Heterodiamonds的方法，并在低温下将其压缩。今年，我们详细研究了最终通过更改堆叠过程获得的BCN Heterodiamonds的电子特性将如何变化。我们还指出，基于使用第一原理分子动力学的结构优化的结果，当Li-GIC是起始材料时，可以形成含有Li原子的钻石的可能性。在这种情况下，LI和碳之间的原子间距离非常小，并且对于正常的伪电势可能不足。因此，我们为LI创建了一个伪能力，该假势可以比平时容纳更短的原子间距离，并进行了测试计算。此外，从电子理论的角度来看，研究了通过大规模结构优化和频带计算将C60固体掺入碱时形成聚合物的机制。