Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
近年、巨大な比誘電率（>1000）を示す材料がいくつか報告され、物性発現の学術的興味および応用への期待から注目されている。本研究は、複合欠陥を含む誘電体材料に着目し、その特異構造と誘電特性の相関を系統的な計算によって解析し、ミクロコピックな起源を理解する。さらに局所構造と誘電特性をデータベース化し、新規な誘電体材料を発見するための手法を構築する。具体的には、①第一原理計算による詳細解析、②局所構造の記述子の導入、③結晶構造グラフネットワークモデルによる材料探索技術の構築、について段階的に検討する。
共ドープさせたルチル型酸化物TiO2, SiO2, SnO2の誘電率を第一原理計算によって計算した結果、比較的安定かつ誘電率の高いTi系酸化物が存在することが分かった。誘電率が増大する起源を解明するために、機械学習によって予測モデルを構築し、誘電率との相関を詳細に調べた結果、ある特定のTi-O結合距離で誘電率が増大することを見出した。静水圧下のルチルTiO2結晶における誘電率やフォノンモードの変化と比較した結果、誘電率の増大が局所構造の歪に伴う結合のソフト化に起因していることを見出した。以上の結果は、Scientific Reportsに論文公表した。上記誘電率増大の指針をもとに、種々の2元系酸化物材料に対して静水圧下での誘電率の変化を調査した。その結果、Ti-Oに加えて、Ba-OおよびPb-Oに対して、結合距離の増大に伴うソフト化と誘電率増大の可能性を得た。そこで新規なBa系酸化物を基本とする材料探索を行った。その際、等方的な誘電率を狙い、AサイトがBa、Sr、CaであるBサイト秩序型ダブルペロブスカイト構造A2B’B”O6（ここでB’、B”イオンの価数の和が８）に着目し、約1500のB’とB”の組み合わせに対してハイスループット計算を行った。その結果、Ba系において、バンドギャップが1eV以上、誘電率が100以上の安定構造をいくつか発見することができた。本研究によって、巨大誘電率発現につながる局所構造を見出すことができた。また、その局所構造の制御を指針として、可能性ある材料を提案することができた。今後はこれらの成果を基盤に、新規な巨大誘電体材料の実現に向けて研究をさらに発展させる予定。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022
All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results, Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results, Invited: 3 results)
Scientific Reports
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 3761-3761
10.1038/s41598-023-30965-6
Science and Technology of Advanced Materials: Methods
Volume: 3 Issue: 1 Pages: 2206532-2206532
10.1080/27660400.2023.2206532
ACS Omega
Volume: -
