ナトリウム・水素・グラファイト層間化合物の電子構造・電子分布の第一原理的計算

钠、氢、石墨层间化合物的电子结构和电子分布的第一性原理计算

基本信息

批准号：
08740225
负责人：
水野誠司
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Hokkaido 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：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08740225/
关键词：
グラファイト層間化合物バンド構造第一原理計算

项目摘要

ナトリウム・水素・グラファイト層間化合物(NaH-GIC)に対して、第一原理からのセルフコンシステントなバンド計算を行い、その分散関係と状態密度(DOS)、partial DOSを求めた。手法は、密度汎関数法に基づく数値規定を用いたLCAO法で、局所密度近似の範囲内で行った。興味がもたれる点は、この化合物が、(水素が2次元的な金属バンドを形成することが実験と理論の両面から示されている)カリウム-GIC (KH-GIC)とどのように異なる電子構造をもつかである。NaH-GIC結晶の構造に関しては、KH-GICの場合と同様に、HとNaがH-Na-Hという三重原子層を形成することが実験的に明らかにされているが、その面内構造ははっきりとは知られていない。そこで、KH-GICの計算で用いた結晶構造モデル(水素層内でHは原子状で存在しているというモデル)を用いて計算を行った。KH-GICの結晶構造モデルをそのまま用いた理由は、KH-GICとNaH-GICの電子物性の違いは単にK原子とNa原子の電子状態の違いに起因するものであろうと予想されたからである。その結果、水素の1s状態がフェルミ順位を横切り、KH-GICの時と同様に2次元的な金属バンドを形成しているという結果が得られた。ところが、この結果は、NMR等の実験から提唱されている電子構造の描像とは一致していない。現時点では、この不一致は計算に用いた結晶構造モデルによるものと考えられる。最近の実験からは、結晶中に水素分子と水素原子が混在しているという説もあり、そのような状況も考慮したより複雑な構造モデルに対するバンド計算も実行して検討してみる必要がある。従って、今後はそれらのモデルに対してバンド計算を行う予定であるが、構造および電子物性に関する詳細な実験が期待される。

对钠-氢-石墨插层化合物（NaH-GIC）进行了第一原理的自洽能带计算，并确定了其色散关系、态密度（DOS）和部分DOS。该方法是使用基于密度泛函理论的数值规范的LCAO方法，并且在局部密度近似的范围内进行。有趣的是，这种化合物的电子结构与钾-GIC（KH-GIC）有何不同，后者已在实验和理论上证明可以形成二维金属带。关于NaH-GIC晶体的结构，实验表明，与KH-GIC一样，H和Na形成H-Na-H三原子层，但其面内结构尚不清楚。因此，使用KH-GIC计算中使用的晶体结构模型（H以原子形式存在于氢层内的模型）进行计算。我们之所以使用KH-GIC的晶体结构模型，是因为据预测KH-GIC和NaH-GIC之间的电子性质差异仅仅是由于K和Na原子的电子态差异造成的。。结果，他们发现氢的1s态穿过费米级，形成二维金属带，类似于KH-GIC中的情况。然而，这个结果与核磁共振等实验提出的电子结构图并不相符。目前，这种差异被认为是由于计算中使用的晶体结构模型造成的。最近的实验表明，氢分子和氢原子在晶体中共存，有必要对考虑这种情况的更复杂的结构模型进行能带计算。因此，我们计划未来对这些模型进行能带计算，并期望对结构和电子特性进行详细的实验。