【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】17H01318 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

窒化物半導体 / 材料設計 / 第一原理計算 / 点欠陥 / 薄膜 / 格子欠陥 / ドーピング

【研究成果の概要】

高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ（計算機中）での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験により実証した。

【研究の社会的意義】

本研究では理論計算、機械学習と合成・評価実験の密接な連携により、窒化物半導体の設計・探索・創製を行った。これは、近年注目を集めている計算科学並びにマテリアルズインフォマティクス手法による効率的な材料設計・探索の好例と言え、有効な材料研究手法の提案という観点からも意義深いと言える。また、本研究では窒化物半導体の設計・探索を主題としたが、本アプローチは他の材料系への応用も見込めることから、波及効果が大きいと考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】15H04125 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

第一原理計算 / 太陽電池 / 半導体 / 格子欠陥 / 太陽電池材料

【研究成果の概要】

太陽電池のニーズが高まる中、安価で無毒な材料による光吸収層の代替が期待されている。コンピュータシミュレーションにより物質の性質や安定性の予測が的確にできれば、有望物質の選定、すなわち物質探索が効率化できる。本研究では、量子力学の基本原理に基づいた第一原理計算により候補物質の性質や安定性を高い精度で予測するための手法を開発し、候補物質のスクリーニングに応用することで、新物質の探索を行った。その結果、新しい窒化物半導体の予測と実験による実証等の成果が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)

【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】21710102 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ表面・界面 / ナノ材料 / 磁性 / 物性理論 / ナノ界面 / 表面・界面物性 / 格子欠陥 / 第一原理計算

【研究成果の概要】

本研究では、GaNをはじめとする窒化物半導体と非磁性物質との界面における磁性の発現および制御を目指し第一原理計算を行った。まず、AlN/MgB2界面およびGaN/ZrB2界面を理論解析し、AlN/MgB2界面では界面強磁性が発現する可能性を示した。また、界面スピン物性の応用として最も重要であると考えられるスピン伝導特性を量子コンダクタンスの計算により明らかにした。これらの結果はPhysical Review Lettersに掲載された。また、GaN/グラフェン界面のスピン物性も精査しその結果をApplied Physics Lettersに発表した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】20760449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

結晶界面 / ノンストイキオメトリー / 欠陥 / 電子顕微鏡 / 第一原理計算 / 原子.電子構造 / セラミックス / 表面・界面物性 / 格子欠陥

【研究成果の概要】

結晶界面の原子構造は結晶内部と異なるため,単結晶にはない新機能を発現させることが可能である.そのような結晶界面に起因した機能は,界面における局所的な非化学量論(ノンストイキオメトリー)を起源としていることが多い.本研究ではナノ計測と理論計算を融合し,結晶界面におけるノンストイキオメトリーを調べた.その結果,結晶界面におけるサイト毎のノンストイキオメトリー欠陥形成挙動を明らかにした.さらに,ノンストイキオメトリーの形成には,結晶界面における化学結合と格子歪みが重要な役割を果たしていることを突き止めた.本研究結果により結晶界面におけるノンストイキオメトリー制御のための指針が明らかになり,結晶界面ノンストイキオメトリー制御による材料設計の可能性が拓かれたと考えている.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)