多くの酸化物系セラミックスでは，表面・界面での原子間電荷移動の局所的変化が系の性質に有為に影響する場合が多い．例えば，ナノ微粒子系の凝集・分散機構においては，表面電荷二重層形成による微粒子間の静電反発力が主要な役割を演じるが，通常のMD法では直接この効果を表現することは難しい．このような原子間電荷移動の自由度を，ポーリングの電気陰性度平衡則に従って経験的にMDに組み入れる方法を原子電荷移動型分子動力学法（Variable-charge Molecular Dynamics, 以下VC-MDと略す）と呼ぶ．1980年代にこの方法は生体分子の安定構造を効率よく求める方法として良く使われていたが，最近になってF.H. StreitzらがAl/Al₂O₃界面のMD計算を目的とした相互作用模型に適用し，材料シミュレーションへの本格的応用が始まった．
また，この方法は原子配位の変化と電荷移動の変化が複雑に絡み合う物質に適用できるので，強誘電性材料の計算にも適している．尾形（山口大）らと筆者は最近，酸化チタン（TiO₂）のVC-MD模型の構築に成功した．ルチル型のTiO₂は強い誘電率異方性を持ち，強誘電体前駆物質として知られている．我々は，2つの異なる結晶相（ルチル型とアナターゼ型）の機械的・電気的特性を表現し，かつ表面での緩和や電荷移動の変化までを，他の高精度計算と同程度の精度で表現できる電荷可変型原子間相互作用模型を構築した．そして，このモデルをナノ微粒子系の焼結過程解析に適用し，2つの異なる結晶相で表面構造と電荷二重層とが果たす複雑な役割について解析した．さらに，圧力下での緻密化過程において，微粒子の回転によって自己組織形成的に互いの結晶方位を変えようとする振る舞いも観察している．

カテゴリ: 物理
質問: 原子電荷移動型分子動力学法が強誘電性材料の計算に適しているのはなぜですか。
回答: 原子電荷移動型分子動力学法は、原子配位の変化と電荷移動の変化が複雑に絡み合う物質に適用できるので、強誘電性材料の計算に適しています。