デバイス固着のハンダ割れ抑制に関する計算科学的研究

• Project/Area Number: 18J12653
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 市場 友宏 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 第一原理計算 / イオン拡散 / 自己拡散係数 / 光触媒 / 量子モンテカルロ法 / 無鉛ハンダ / 密度汎関数法 / 数理モデリング

Outline of Annual Research Achievements

まずは、これまでの研究の流れについて簡潔に説明する。採用期間の前半には、無鉛ハンダ中の空隙形成に関係する、銅イオンの自己拡散メカニズム解明に取り組んだ。その中で「自己拡散係数を第一原理評価する汎用スキームを確立する」という研究成果が得られ、これについて英国化学会誌に原著論文として発表した。本年度を含む採用期間の後半には、当該スキームの普及を目指し、「二酸化チタン内部および表面におけるイオン輸送」の問題に、注目度の高い好適用対象と考えて取り組んできた。結果的に、自己拡散係数評価には至らなかったが、実験結果を理論的に説明する興味深い計算結果が得られ、これについて米国物理学会誌に原著論文として発表することができた。

以下では後者の成果の概要を述べる: 　二酸化チタンは、光触媒や太陽光電池などへの応用で優れたエネルギー変換効率を実現するなど、近年、最も注目度の高い材料の一つである。当該系表面における酸素、チタンイオンの拡散は、電荷輸送や欠陥密度変化に伴う表面物性の変化と密接に関係していることから、実験、第一原理シミュレーションの両面から精力的に調べられている。しかしながら、固体中でどちらが早く拡散するかすら結論が得られていない難問である。その一つの理由として、遷移金属特有の強い電子相関を普及法である密度汎関数法では記述しきれないことが挙げられる。よって、本研究では、最も信頼性の高い量子モンテカルロ法で障壁エネルギーを予見し、イオン拡散メカニズムを調べた。その結果、従来の予見を覆し、チタンイオンが(110)表面よりも(001)表面に向かって早く拡散することを見出した。このことは、光触媒反応に伴う表面状態の劣化が(001)表面でより早く修復されることを意味し、「(001)表面は(110)表面よりも高い光触媒活性を有する」という実験事実を説明する一つの有力な学説を提示できたといえる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Argonne National Laboratory(米国)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学/化学科(英国)
• [Int'l Joint Research] 吉林大学/物理学科(中国)
• [Int'l Joint Research] アルゴンヌ研究所/計算科学部門(米国)
• [Journal Article] Inconsistencies in ab initio evaluations of non-additive contributions of DNA stacking energies<t.gif> (2020)
  • Author(s): Ken Sinkou Qin, Tom Ichibha, *Kenta Hongo, and Ryo Maezono
  • Journal Title: Chemical Physics Volume: 529 Pages: 110554-110554
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.110554
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two‐Dimensional Perovskite Oxynitride K2LaTa2O6N with an H+/K+?Exchangeability in Aqueous Solution to Form Stable Photocatalyst for Visible‐Light H2?Evolution (2020)
  • Author(s): Oshima Takayoshi、Ichibha Tom、Oqmhula Kenji、Hibino Keisuke、Mogi Hiroto、Yamashita Shunsuke、Fujii Kotaro、Miseki Yugo、Hongo Kenta、Lu Daling、Maezono Ryo、Sayama Kazuhiro、Yashima Masatomo、Kimoto Koji、Kato Hideki、Kakihana Masato、Kageyama Hiroshi、Maeda Kazuhiko
  • Journal Title: Angewandte Chemie Volume: - Issue: 24 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1002/ange.202002534
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ab initio search of polymer crystals with high thermal conductivity (2019)
  • Author(s): *Keishu Utimula, Tom Ichibha, Ryo Maezono, *Kenta Hongo
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 31 Issue: 13 Pages: 4649-4656
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b00020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ti interstitial flows giving rutile TiO 2 reoxidation process enhancement in (001) surface (2019)
  • Author(s): Tom Ichibha, Anouar Benali, Kenta Hongo, Ryo Maezono
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 3 Issue: 12 Pages: 125801-125801
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.3.125801
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A new ab initio modeling scheme for the ion self-diffusion coefficient applied to the ε-Cu3Sn phase of the Cu-Sn alloy (2019)
  • Author(s): Ichibha Tom、Prayogo Genki、Hongo Kenta、Maezono Ryo
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 21 Issue: 9 Pages: 5158-5164
  • DOI: 10.1039/c8cp06271d
  • NAID: 130008155471
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Undoped Layered Perovskite Oxynitride Li2LaTa2O6N for Photocatalytic CO2 Reduction with Visible Light (2018)
  • Author(s): Oshima, T.、 Ichibha, T、Qin K, S、Muraoka, K.、Vequizo, J. J. M.、Hibino, K.、Kuriki, R.、Yamashita, S.、Hongo, K.、Uchiyama, T.、Fujii, K.、Lu, D.、Maezono, R.、Yamakata, A.、Kato, H.、Kimoto, K.、Yashima, M.、Uchimoto, Y.、Kakihana, M.、Ishitani, O.、Kageyama, H.、Maeda, K.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 27 Pages: 8154-8158
  • DOI: 10.1002/anie.201803931
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Light Absorption Properties and Electronic Band Structures of Lead Titanium Oxyfluoride Photocatalysts Pb2Ti4O9F2 and Pb2Ti2O5.4F1.2 (2018)
  • Author(s): Wakayama Haruki、Utimula Keishu、Ichibha Tom、Kuriki Ryo、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Oka Kengo、Maeda Kazuhiko
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 122 Issue: 46 Pages: 26506-26511
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b08953
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Anisotropic Ti ionic diffusion giving the anisotropic photo-reactivity in rutile TiO2: A Diffusion Monte Carlo Study (2020)
  • Author(s): Tom Ichibha, Anouar Benali, Kenta Hongo, and Ryo Maezono
  • Organizer: APS March Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantum annealing applied to ionic diffusion analysis (2020)
  • Author(s): Keishu Uchimura, Tom Ichibha, Kousuke Nakano, Kenta Hongo, Ryo Maezono
  • Organizer: APS March Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A diffusion Monte Carlo study on a mechanism of point defects diffusion in the rutile TiO2 bulk (2019)
  • Author(s): Tom Ichibha, Anouar Benali, Kenta Hongo, and Ryo Maezono
  • Organizer: The European Advanced Materials Congress 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A diffusion Monte Carlo study of point defect diffusion in rutile TiO2 bulk (2019)
  • Author(s): T. Ichibha, A. Benali, K. Hongo, and R. Maezono
  • Organizer: APS March Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Post Analyses of QMC Markov Chains Revisited (2018)
  • Author(s): T. Ichibha, G. Prayogo, K. Hongo, and R. Maezono
  • Organizer: APS March Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Post Analyses of QMC Markov Chains Revisited (2018)
  • Author(s): T. Ichibha, K. Hongo, R. Maezono, and A.J.W. Thom
  • Organizer: E-CAM Workshops
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A New Ab Initio Modeling Scheme for Ion Self-Diffusion Coefficient Applied to ε-Cu3Sn Phase of Cu-Sn Alloy (2018)
  • Author(s): T. Ichibha, G. Prayogo, K. Hongo, and R. Maezono
  • Organizer: 2018 MRS Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] HANDE
  • URL: http://www.hande.org.uk
• [Remarks] Ma Group
  • URL: http://mym.calypso.cn
• [Remarks] Argonne Leadership Computing Facility
  • URL: https://www.alcf.anl.gov