21世紀COEプログラム   MSI
TOP
プロジェクトの趣旨
機械システム・イノベーション国際研究教育センター
事業推進組織
担当専攻・研究所
活動
Newsletter
受賞
インタビュー
リンク
お問い合わせ
←活動に戻る


公開セミナー


21COE プログラム「機械システム・イノベーション」平成17年度第11回公開セミナーを開催いたします。ご参加いただきますようどうぞ宜しくお願い申し上げます。

講師 Dr. Stephan Irle (Cherry Emerson Center for Scientific Computation, Emory University)
題目 Nucleation and growth of SWNTs studied by QM/MD simulations
日時 2005年10月18日(火)14:00〜15:30
場所 工学部8号館・226号会議室
講演要旨

Achieving control over number of carbon nanotube (CNT) layers, chirality and diameter distributions at the time of synthesis is the holy grail of carbon nanotube research, since it would allow to eliminate time consuming, expensive, and potentially destructive purification steps. The parameters governing CNT structural characteristics must be effective at the very early stages of CNT nucleation, therefore it is very important to gain atomic level understanding of the catalyst/carbon chemistry involved in CNT nucleation and further growth. Unfortunately, the time scale for these reaction steps is inaccessible to experiment. Using quantum chemical molecular dynamics (QM/MD) simulations of high-temperature carbon plasma, we have recently discovered the "shrinking new giant" road of fullerene formation using density functional tight binding (DFTB) quantum chemical potential. We are presenting in this talk QM/MD simulations for iron catalyzed single-walled carbon nanotube SWNT nucleation and growth. Isokinetic trajectories at 1500 K to 3000 K show that divalent Fe increases the number of coordination partners with carbon and/or Fe, depending on the Fe concentration. Fe/C interactions weaken the tube sidewall due to electron transfer from Fe into antibonding carbon orbitals, and C2 addition occurs mainly in an Fe-C2-Fe bridge addition mechanism, while growth of polyyne chains characteristic for fullerene formation is suppressed in the presence of Fe on the rims of the growing SWNT. Our findings are the first direct quantum chemical evidence for the importance of intermetallic interactions and therefore the validity of the metal-particle model.

参加者 教授 1名、助手 4名、PD 5名、RA 3名、学生 11名
主な議論

DFTに基づくTBパラメータを用いた計算手法であるDFTB分子動力学法の概要とこれを用いたフラーレンおよびカーボンナノチューブの核生成シミュレーションの結果を古典的な分子動力学法と比較して講演された。

DFTB近似の分子動力学法は古典分子動力学よりも100から1000倍の計算量となるが、DFTを直接用いたカーパリネロ法に比べれば1/100から1/1000の計算負荷であり、様々な分野での応用が期待されている。

下記のような質疑があった。

  • 分子動力学の温度制御はどうしているのか? 簡単な速度スケーリングである。今後はより高度な制御を考えている。
  • 電子温度はどう考えているのか? 電子励起は考えていないため、電子状態は基底状態である。通常は問題のない近似であると考えられるとともに、現在はこれ以外の方法は現実的でない。
  • どうして量子効果によってそれほど早く構造ができるのか? クラスターの一部での変形が系全体に速やかに波及するから。
  • Stone-Waals変換は観察できるのか?その活性化エネルギーは? 大変効率よく観察されている。活性化エネルギーは測定してないが低いと考えられる。
  • ファンデルワールス力はどう入れているのか? カットオフも含めて経験的なポテンシャルを単純に加えている。


本件連絡先

  東京大学工学系研究科機械工学専攻 丸山 茂夫
  E-mail:maruyama@photon.t.u-tokyo.ac.jp
  TEL:03-5841-6421


←活動に戻る

↑ページのTOPへ