8th Symposium
学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 萌芽型共同研究 採択課題
EX-1671 (大阪大学サイバーメディアセンター推薦課題)
大戸達彦 (大阪大学大学院基礎工学研究科)
固液界面における和周波発生分光スペクトルの第一原理シミュレーション
背景：水/酸化チタン界面
和周波発生（SFG）分光
• 赤外（IR）、可視光（VIS）を照射
• ２次の非線形応答により、
和周波を持つ光が発生
• 表面選択的（バルクでゼロ）
• 光触媒活性
• 超親水性
セルフクリーニングガラス
酸化による有機物質の除去
曇り止めガラス
Ibhadon, et al., Catalysis 3, 189 (2013).
接触角ゼロ
（超）撥水
通常
IR
Vis
超親水
H2 O
SFG
実験：水/空気
Nihonyanagi, et al., JCP 143, 124707 (2015).
計算
Ab initio-based
Force field
計算
Ab initio MD
TiO2 表面の水の構造？
TiO2ー水の相互作用は？
Toto. ltd
Ohto, et al., JCP 143, 124702 (2015).
固体表面の分極の重要性
水の接触角への表面分極の影響
水の誘起電荷
Charge Response Kernelで表すスラブの分極
• 表面分極大
• 表面分極小
TiO2
TiO2の誘起電荷
N. Giovambattista, P.J. Rossky, et al., JPCB 111, 9581 (2007).
分極古典力場を用いたこれまでの計算結果
Induced Charge Profile
 ( z )   ( z ) | E  E   ( z ) | E 0
分極古典力場
早い回転
分極なしの古典力場
ind
第一原理MD
???
ext
遅い回転
L.M. Liu, A. Michaelides, et al.,
A.V. Bandura and J.D. Kubicki,
JPCB 107 , 11072 (2003).
M. Predota, et al., JPCB 108, 12049 (2004).
PRB 82, 161415R (2010).
H. Nakamura, T. Ohto, and Y. Nagata,
JCTC 9, 1193 (2013)
T. Ohto et al., JPCM 26, 244102 (2014)
本課題の研究計画
• 実際の酸化チタンは、pHや紫
外線の影響に応じて多様な構
造（欠陥、解離水）をとる
• すべてに対して古典力場を構
築するのは現実的でない
• 代表的な構造に対し、第一原
理分子動力学計算を行う
計算の概要と規模
• CP2Kプログラム
（ガウシアン・平面波混合基底）
• 640core並列
• ～1000原子程度
SFG response function
Auto-correlation
Cross-correlation