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Quantum simulation verifies the stability of an 18-coordinated actinium-helium complex

量子シミュレーションにより18配位のアクチニウム-ヘリウム錯体の安定性を検証

小座間 瑛記*; 安達 サディア*; 高柳 敏幸*; 志賀 基之

Ozama, Eiki*; Adachi, Sadia*; Takayanagi, Toshiyuki*; Shiga, Motoyuki

量子論的な経路積分分子動力学シミュレーションによって、ヘリウムクラスター中の三価アクチニウムカチオン(Ac$$^{3+}$$He$$_n^{}$$)の分子構造を計算した。安定なAc$$^{3+}$$-He複合体が作られる低温(1-3K)において、ヘリウム原子の原子核量子効果は重要な役割を果たす。計算の結果、第一溶媒和圏を構成するヘリウム原子はD$$_{4d}^{}$$対称をもって配置され、その配位数は18個にも及ぶことがわかった。このAc$$^{3+}$$-He$$_{18}^{}$$複合体は、クラスターサイズ($$n$$)が大きくなるにつれて強固になり、安定化する。なお、本研究は相対論的第一原理計算によりAc$$^{3+}$$-He相互作用の正確な記述に基づくものである。

The structures of trivalent actinium cation in helium clusters (Ac$$^{3+}$$He$$_n^{}$$) have been studied by quantum path integral molecular dynamics simulations with different cluster sizes, $$n$$ = 18-200. The nuclear quantum effect of helium atoms plays an important role in the vibrational amplitude of the Ac$$^{3+}$$-He complex at low temperatures (1-3 K) where the complex is stable. We found that the coordination number of helium atoms comprising the first solvation shell can be as high as eighteen. In this case, the helium atoms are arranged in D$$_{4d}^{}$$ symmetry. The Ac$$^{3+}$$-He$$_{18}^{}$$ complex becomes more rigid as the cluster increases in sizes, implying that it becomes more stable. The simulation results are based on an accurate description of the Ac$$^{3+}$$-He interaction using relativistic ab initio calculations.

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