Investigation of new materials under high pressure by the first principles electronic structure calculation

Abstract

Molecular Dynamics (MD) coupled with electronic structure calculations is a powerful tool for the investigation of structural transformations of materials under ultrahigh pressure, where experimental investigation is not sufficient for full understanding of the phenomena. First principles molecular dynamics based on the density functional theory was applied to several systems to get precise structural and energy information of materials at the structural transformations of materials under ultra high pressure. A path integral technique was also incorporated to take into account of quantum mechanical properties of light nuclei. It was found that molecular rotation is hindered by quantum fluctuation of protons in phase two. The mechanism of this quantum localization is clarified by a detailed study of the potential energy surface for the molecular rotation.

電子構造計算と結合した分子動力学(MD)の手法は、実験的研究によって現象を完全に理解することが充分にできないような、超高圧における構造変化を研究するための有力な方法である。超高圧化における素材の構造変化における素材の構造的、エネルギー的詳細情報を得るため密度汎関数論に基づく第一原理分子動力学を適用した。軽原子核の量子力学的特性を考慮するため経路積分法も取り入れた。分子の回転運動は相�の陽子の量子ゆらぎによって束縛されることが判明した。この量子局在の機構は、分子回転のポテンシャルエネルギー表面を詳細に検討することにより明らかになった。