ナノ系の化学反応性と電子構造に関する量子化学的方法論の開発と応用

关于纳米系统化学反应性和电子结构的量子化学方法的开发和应用

基本信息

批准号：
04F04812
负责人：
青木百合子
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

高精度非経験的分子軌道計算を用いて、金属クラスター(Pt6AuやAu6Pt)各種異性体や種々の分子構造を体系的に分類し、それぞれの構造と電子状態の関係について詳細な解析を行った。得られた安定構造に対して、構造とエネルギーギャップや状態密度、スピン多重度との関係等について系統的に調べ、金属クラスターの異なる構造に対する異なる機能物性の発現について検討を行った。一方、かご型クラスターとしてC_<50>,C_<100>等についても、クラスター構造と電子状態の関係について現在演算を行い論文に公表している。一方で、電子状態の超高速オーダー(N)法の開発を行い、非経験的分子軌道法のレベルでGAMESSプログラムパッケージと結合している。本年はシリコン表面上での高分子吸着問題に注目し、実験的に合成されているエンドグラフト重合に対して、現在開発中のElongation法を適用した。Si(111)-(7×7)表面のunfaultedとfaulted halvesに対し、エチレン鎖やシリコン鎖が伸長していく過程をElongation法によって再現し、従来法との計算誤差が全エネルギーにおいて10-5a.u.原子あたり10-9a.u.というほぼ完壁な精度で得られることを示した。つまり、それまで高分子に対してのみ演算可能であることを示してきたが、2次元表面に対しても演算可能であることを実証した。さらに種々の吸着サイトに対して安定構造の探索および吸着エネルギーの評価をおこない、どのような表面上において、どのような高分子が吸着可能であるかについて電子状態の立場から知見を得ることができた。これらの演算を並列でも計算可能となるよう環境整備を行い、このような大規模系に対してはパラレルにより効率よく演算可能であることも確認している。

利用高精度从头算分子轨道计算，对金属团簇（Pt6Au和Au6Pt）的各种异构体和各种分子结构进行了系统分类，并详细分析了每种结构与电子态之间的关系。对于获得的稳定结构，我们系统地研究了结构与能隙、态密度、自旋多重性等之间的关系，并研究了金属团簇不同结构的不同功能特性的表达。另一方面，我们目前正在计算C_<50>和C_<100>等笼状团簇的团簇结构和电子态之间的关系，并将其发表在论文中。另一方面，我们开发了一种用于电子态的超快阶（N）方法，并将其与从头算分子轨道方法水平上的GAMESS程序包相结合。今年，我们重点研究了聚合物在硅表面的吸附问题，并将目前正在开发的延伸方法应用于实验合成的内接枝聚合。对于Si(111)-(7×7)表面无断层和断层的半部，采用伸长法再现了乙烯链和硅链的伸长过程，与常规方法的总能量计算误差为10-5a结果表明，可以以每原子 10-9 a.u 的几乎完美精度获得。换句话说，虽然我们之前已经证明只能对聚合物进行计算，但现在我们已经证明对二维表面也可以进行计算。此外，通过寻找稳定的结构并评估各种吸附位点的吸附能，我们能够从电子态的角度了解什么样的聚合物可以吸附在什么样的表面上。我们创建了一个允许这些操作并行执行的环境，并且已经确认并行操作可以在如此大规模的系统上更有效地执行。