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茂木 孝一(もぎ こういち) データ更新日:2019.07.26

助教 /  総合理工学研究院 物質科学部門 理論物質学


大学院(学府)担当

学部担当

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九州大学大学院総合理工学府
物質理工学専攻
固体表面科学大講座・理論物質学教育分野 .
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九州大学工学部
エネルギー科学科講義
創造工学情報処理
「分子動力学シュミレーション」 .
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九州大学工学部
エネルギー科学科実験II
「分子の電子スペクトルと光異性化」 .
就職実績-他大学
就職実績有, 岡崎共同研究機構 分子科学研究所 
(1995年5月-1997年3月)
Emory University, Department of Chemistry (1997年4月-1998年3月)
Alberta University, Department of Chemistry (1998年7月-1998年9月)
取得学位
コニカル・インターセクションおよび非交差シームを決定するための当熱ラグランジュ・ニュートン法
学位取得区分(国外)
なし
専門分野
理論化学、量子化学
外国での教育研究期間(通算)
00ヶ年00ヶ月
活動概要
本研究者は、分子軌道法および密度汎関数法など理論化学的手法を用い、現在
以下のような研究を行っている。

1.金属タンパク質ナイトロゲナーゼの窒素固定反応の理論的解明。

よく知られているハーバー・ボッシュ法は高温・高圧条件下で窒素固定反応を
行う。この窒素固定反応により窒素肥料の開発が可能になり、20世紀の食糧
事情は、大幅に改善され世界人口の爆発的な増加に寄与した。しかし、豆科の
植物中に共生するバクテリアでは、常温常圧条件下、ナイトロゲナーゼの働き
で窒素固定を容易に行う。ナイトロゲナーゼは鉄?モリブデン補酵素であり、
鉄と硫黄のクラスター{Fe7MoS7}を骨格中心とした鉄硫黄蛋白質である。窒素
固定は、生命にとって根幹となる生物機能であり、鉄硫黄蛋白質の電子伝達機
能に依拠する。本研究では、常温・常圧下での鉄硫黄蛋白質の窒素固定反応機
構を、量子化学的アプローチにより研究する。

2.高対称性構造の金属内包型シリコンおよびゲルマニウム・クラスターに関
する理論的研究

炭素と同系列のシリコンおよびゲルマニウムでは、フラーレンと同じM60では、
系はIh構造で安定構造とならず、これまで実験的にも観測されていない。本研
究では、M12, M20, M32 などフラーレン同様にIh構造をなす可能性を秘めたシ
リコンおよびゲルマニウムのクラスターに金属原子を内包させることにより、
究極のナノサイズの光学、磁性、および伝導性をもつ半導体クラスターを、理
論的に探求する。本申請者はこれまでに密度汎関数法を用い、Zn@Ge12および
La@Si20、Ce@Si20- が金属内包構造をなすことを明らかにしてきた。今回の研
究は、これらの新しいナノサイズ半導体物性を理論的な側面から、未知の物質
を探求するプロジェクトである。Ih構造の美しさは、数学的な取り扱いが可能
であり、この分野における複合的な理論の構築が可能になる。

3.周期境界条件を考慮した密度汎関数法によるシリコン表面の金属吸着反応
機構の解明

シリコン単結晶の表面に異種原子を吸着させることにより、新物性を探索する
研究が実験的にも理論的にも盛んに行われている。最近注目されるのは重原子
のシリコン表面吸着反応であり、タリウムなどのSi(111)表面への吸着に関し
て種々の報告がなされてきた。 これらの重原子による表面吸着反応は、アル
ミニウムなど同族の軽原子のシリコン表面吸着反応と異なり、興味深い性質を
示す。これは、Tl など重原子は相対論の効果により価電子の6s 軌道の軌道エ
ネルギーが安定化し、6s軌道が閉殻構造で安定化する”内殻電子安定化効果”
により、Tlの1価イオン状態(monovalent)であり、アルミニウムなど同族の原
子の三価(tervalent) イオン状態と異なるため、シリコン表面吸着反応も多様
性を見せる。これらの重原子のシリコン表面吸着反応の解明には、これまでの
平面波基底関数を用いた局所密度汎関数法では取り扱えない化学反応であるこ
とが分かってきた。このため、これらの表面吸着反応を取り扱うには、周期境
界条件を考慮したガウス型基底関数を用いた一般化勾配近似密度汎関数法が活
発に開発されている。ガウス型基底関数を用いることにより、相対論的な”内
殻電子安定化効果”も容易に考慮することが可能である。本研究者は、この新
しい手法により、シリコン表面の金属吸着反応機構の解明を行っている。

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