2022 Fiscal Year Annual Research Report
High precision prediction of hydrogen function by advanced simulations
| Project Area | HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions |
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| Project/Area Number |
18H05519
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
常行 真司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90197749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志賀 基之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (40370407)
濱田 幾太郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80419465)
杉野 修 東京大学, 物性研究所, 教授 (90361659)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素 / ハイドロジェノミクス / 高次水素機能 / 第一原理計算 / データ同化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
データ同化構造探索手法をアモルファス材料に応用し、低波数側のみの回折実験データから質の良いアモルファス構造モデルを作成できることを示した。また実験データから格子定数すら推定困難な場合にも使える結晶のデータ同化構造探索手法を開発し、正しい結晶構造が得られるだけでなく、複相の反射が混在する場合には多結晶体が得られ、複相同時に構造推定が可能になることを示した。
第一原理経路積分計算を用いて、金属格子間水素の量子拡散に関する研究を行った。また、機械学習ポテンシャルで計算を加速する技術や、非調和フォノン計算を可能にする新たな半古典論を確立した。面心立方格子金属の Pd, Al, Cu, Al、体心立方格子金属の Nb, Fe, W における軽水素、重水素の拡散係数を系統的に評価した結果、広い温度範囲において信頼性ある実験と優れた一致を得た。水素拡散現象では核量子効果（零点振動、トンネル効果）が重要な役割を果たし、面心立方格子金属においては高温での動的効果（再交差など）が無視できないことがわかった。
白金ステップ表面におけるメタン分子の吸着状態を解析し、その吸着構造と振動状態を定量的に特定することに成功した。ホウ化水素シート上における二酸化炭素のメタン・エタンへの転換機構解明に向けて、二酸化炭素の吸着状態を特定した。水素ドープで電子状態の変わるNdNiO3で、水素原子の拡散特性および歪みが拡散に与える影響を明らかにした。またSmNiO3における濃度に依存した詳細な水素原子位置と絶縁体転移の起源を明らかにした。
BaLiHOヒドリド伝導体中のヒドリド拡散を詳細に解析し、Ba空孔やH空孔を通してH-が高速に拡散することや、H-の集団運動がLi+のゆっくりした運動とカップルして協奏的に起こることを示した。この結果はマキシマムエントロピー法による原子密度の実験をよく説明していることも分かった。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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