低温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

低温高压新型碳材料合成第一性原理计算机模拟

基本信息

批准号：
10137210
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 (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

グラファイト層間化合物(GIC)を低温で圧縮することにより、相分離を起こすことなくsp2からsp3への結合変化を起こして新構造にいたる可能性について、第一原理分子動力学法シミュレーションを用いて検討を行っている。昨年度末からLiの擬ポテンシャルの改訂作業をすすめてきたが、今年度その精度の検証を終え、第1ステージのLi-GICとその高圧相のシミュレーションを行った。またヘテロダイヤモンドBC2Nの物質設計に関する研究とりまとめを行い、レビュー(日本語)を執筆した。計算で求めた常圧下のLi-GICの構造は、セルパラメータにして0.3%程度の誤差で実験結果と一致する。同じ精度で高圧下の計算を行い、さらに高圧相として予想されるLi内包ダイヤモンドの構造最適化とエンタルピー計算を行ったところ、約40Gpa以上でLi@diamondがLi-GICよりも安定になることがわかった。あらたに得られたLi内包ダイヤモンドに関する知見は以下の通りである。構造:高圧下の構造は、Liがダイヤモンドケージにはいることでダイヤモンド骨格の一部の結合がきれ、ダイヤモンドの薄膜とLi層からなる層状構造のようにみえる。電子状態:バンド計算の結果は複数のフェルミ面をもった金属であるが、結晶構造の低次元性を反映して、3次元的なフェルミ面に加えて2次元的なフェルミ面がみうけられる。Liはほぼ完全にイオン化しており、伝導帯の電子はLiのいないダイヤモンドケージに多く分布する。また格子歪がおおきいため、理想的なダイヤモンドのバンドに余分な電子が加わったというリジッドバンド描像はなりたたないようである。

利用第一原理分子动力学模拟，我们研究了通过在低温下压缩石墨插层化合物（GIC）以将键从 sp2 改变为 sp3 而不引起相分离来创建新结构的可能性。我们从去年底开始就致力于Li赝势的修正，今年我们完成了其准确性的验证，并对第一级Li-GIC及其高压相进行了模拟。他还总结了异质金刚石BC2N的材料设计研究并撰写了评论（日文）。常压下Li-GIC的计算结构与实验结果相符，电池参数误差约为0.3%。我们在高压下进行了相同精度的计算，并且还对预计为高压相的含Li金刚石进行了结构优化和焓计算，发现Li@diamond比上面的Li-GIC更稳定大约 40 Gpa 了解。关于含锂钻石的最新发现如下。结构：高压下的结构似乎是由金刚石薄膜和锂层组成的层状结构，因为当锂进入金刚石笼时，金刚石骨架中的一些键被破坏。电子态：能带计算结果表明金属具有多个费米面，但反映了晶体结构的低维性，除了三维费米面外还观察到了二维费米面。 Li几乎完全电离，导带中的电子大部分分布在没有Li的金刚石笼中。此外，由于晶格应变较大，将额外电子添加到理想金刚石能带的刚性能带图似乎并不成立。