Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

粒界 / 原子構造 / 酸化物 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 第一原理計算 / 走査透過型電子顕微鏡 / 走査透過電子顕微鏡法

金属・酸化物等から構成される機能材料は多結晶体として用いられ, 種々の格子欠陥が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている. 特に粒界構造を系統的に記述することは重要であるが, 傾角粒界近傍の原子構造は従来二次元構造ユニット配列で記述されてきた. 一方, 結晶の三次元構造は特定の多面体によって充填されることが知られているが, 粒界近傍を充填する場合, 母結晶の多面体を歪ませた多面体の他に, 粒界由来の多面体が存在する. 本研究では, 面心立方金属の[001]傾角・捩り粒界の幾何学モデル, および粒間並進モデルを系統的に構築し, 第一原理計算により各構造の粒界エネルギーを求めた. また, 剛体球充填モデルを採用し, 原子位置についてのボロノイ分割に基づき, 各ボロノイ頂点に挿入しうる球の最大半径(ボイド半径)を求めた. 各構造における最大のボイド半径と最安定構造の粒界エネルギーを比較した結果, それらがよく相関することが分かった. 剛体並進により系全体のボイドサイズを平均化し, さらに局所的に原子位置を最適化すること最安定構造が得られることが推測される.
また, 対応方位関係は回転軸と回転角を与えることによって決定するが, 異なる回転軸・回転角から同一の粒界を構成できる場合があるため既存の分類法では重複が生じる. 本研究では, 整数論的手法を用いて対応方位関係における整合結晶面を決定することで, 任意の対応粒界に適用出来る粒界分類法を構築した.

ドーパント / 点欠陥 / 半導体 / 第一原理計算 / 電子状態 / 酸化物 / 窒化物

ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した.

酸化物 / ノンストイキオメトリ / 第一原理計算 / 熱力学 / 統計力学

酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と統計力学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法を開発した.また,この手法を用いて2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物に応用した結果,新しい規則相の存在やノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した

【研究分担者】
馮斌	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	特任准教授	(Kakenデータベース)
川原一晃	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
大場史康	京都大学	大学院・工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
世古敦人	京都大学	大学院・工学研究科	助教	(Kakenデータベース)