第一原理計算によるトライボフィルム解析のためのXAFSプロファイルの導出

概要

令和 4 年度

京都大学化学研究所 スーパーコンピュータシステム 利用報告書

第一原理計算によるトライボフィルム解析のための XAFS プロファイルの導出
Derivation of XAFS Profiles for Tribofilm Analysis by First-Principles Calculations
京都大学 大学院工学研究科 機械理工学専攻 機械機能要素工学研究室

平山 朋子

研究成果概要
本研究では，京都大学化学研究所スーパーコンピュータシステムの Materials Studio を用い
て，分子のモデリングおよび X 線吸収微細構造（XAFS)の第一原理計算を実行した．XAFS
解析は，試料に X 線を照射し，X 線の吸光度から対象元素の結合状態を解析する手法である．
XAFS プロファイルのうち，吸光度が急激
に増加する箇所は吸収端と呼ばれ，第一
原理計算は X 線吸収端近傍構造
（XANES）領域で行った．我々は，トライ
ボフィルムと呼ばれる摩擦界面に形成さ
れる膜の XAFS 解析に取り組んでおり，

吸
収
係
数

XANES 領域
吸収端

実験により得られた XAFS プロファイルか
入射 X 線のエネルギー(eV)

ら化学状態を推定する際に，第一原理計
算による XAFS プロファイルを指紋認証

図１ Mo-K 吸収端近傍 XAFS プロファイル

的に活用している．
化学状態の推定の際にリファレンスとして使用する XAFS プロファイルには，第一原理計算
による XAFS プロファイルのほかに，標準試料を用いて実験することで得られる XAFS プロファ
イルがある．標準試料を測定する方法は，モデリングや近似なしに実際の構造を反映している
という点で信頼性があると考えられるが，事前に標準試料を準備しなければならないという問
題点がある．このため，生成物が予想できない場合や生成物の入手が困難である場合には，
第一原理計算による XAFS プロファイルの導出は有用である．また，価数や配位数を簡単に
変更して XAFS プロファイルを導出できる点も第一原理計算による XAFS プロファイル算出の
長所である．
Materials studio を用いて，分子のモデリングおよび XAFS プロファイルの導出を行った化合
物の例を示す．算出された XAFS
プロファイルは，標準試料を測定
して得られた XAFS プロファイルと
よく対応していることが確認できた．
今後は，標準試料を準備すること
が困難な化合物の XAFS プロフ
ァイルの導出に取り組む．

図２

MoS2 の結晶モデルおよび第一原理計算による

XAFS プロファイル

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