東大,内殻電子の絶対束縛エネルギーを高精度計算

東京大学は,固体における内殻電子の絶対束縛エネルギーを密度汎関数理論に基づき高精度に計算する新手法を開発した(ニュースリリース)。

光電効果は19世紀の後半にヘルツとハルバックスによって発見され,1905年にアインシュタインにより光の粒子性を仮定することでその物理過程が解明された古くから知られる現象。

この光電効果を利用したX線光電子分光法は物質表面近傍の元素組成分析や構造同定,また電子状態の解析に広く用いられており,シリセンに代表される新二次元物質の構造解析や,触媒の原子レベルでの反応機構の解明などに不可欠な実験手段となっている。

一方,その長い歴史と物質科学における重要性にも関わらず,最も基本的な測定量である内殻電子の絶対束縛エネルギーを高精度に算出する実用的計算手法は知られていなかった。

研究では固体(金属,半導体,絶縁体)中での内殻電子の絶対束縛エネルギーを決定する化学的環境,スピン軌道相互作用,磁気的交換相互作用を統一して取り扱うことにより,高精度でかつ実用的な第一原理計算手法の開発に初めて成功した。

この手法の開発により,X線光電子分光法で測定される絶対束縛エネルギーと第一原理計算の直接的な比較が可能となり,新二次元物質や触媒表面等の原子レベルでの構造同定や電子状態の解明に大きく寄与することが期待されるとしている。

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