[解析事例] 金属表面と分子の相互作用
- 量子化学・DFT
- 全原子MD
- マルチスケール解析
- 低分子の浸透・拡散・吸着
- 界面・相分離・粒子分散性
- マテリアルサイエンス
目的と手法
J-OCTAのSIESTA界面計算ツールを用いることで、有機-無機界面で用いる力場パラメータを構築し、界面の分子動力学シミュレーションを行うことが可能です。
図1には銅(111)面に吸着するアルカン分子の様子が示されています。J-OCTAではこのような表面のモデリングと、表面と分子の相互作用計算を簡便に実施することが可能です。
図1. 銅（111）面に吸着するアルカン分子
解析結果
図2はアルカン分子（プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン）と同表面の相互作用エネルギーのDFTによる計算結果と、Generalized Lennard Jones関数を用いてパラメータフィッティングを行った結果です。
フィッティングでは以下の式で定義する差δEiの平均二乗誤差を最小化することを行いました。
フィッティングしたパラメータはすべての分子で共通のものを用いているものの、DFTの結果をおおむね再現しており、炭素数の増加に対する吸着エネルギーの変化もよく再現しています。
得られたパラメータを用いて、デカン分子と銅表面のMD計算に適用した結果が動画です。
図2. FFパラメータフィッティング結果
動画：デカン分子と銅表面のMD計算 パラメータ適用結果
このような十分な大きさの表面積を有するスラブモデルを計算する場合、100以上の原子数の設定が必要であり、膨大な計算時間を要することが多いですが、SIESTAを用いることで一般的なワークステーションでも高速に計算を実施できます。
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