Theoretical study of materials with regulated nano spaces

2009 Fiscal Year Self-evaluation Report

• Project Area: New Materials Science Using Regulated Nano Spaces －Strategy in Ubiquitous Elements
• Project/Area Number: 19051016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo (2008-2011); The Institute of Physical and Chemical Research (2007)
• Principal Investigator: ARITA Ryotaro The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 准教授 (80332592)
• Project Period (FY): 2007 – 2011
• Keywords: ゼオライト / クラスレート / ハイドレート / 第一原理計算 / 特異フォノン / カーボンナノチューブ / 強相関効果 / 結晶ピセン

Research Abstract

ユビキタス元素(クラーク数が大きく地表付近に豊富に存在する元素)によって構成される配列ナノ空間物質に対する理論物質設計を行う。特にクラスレート、ゼオライト、フラーレンおよびカーボンナノチューブにおける配列空間の多様性と内部空間の自由度を活用した新機能発現の可能性を探る。具体的には、第一原理計算による非経験的手法をベースとして、分子動力学法や強相関モデル計算を組み合わせた複合的理論手法により、次の課題に取り組む。
(1) 高圧下のフラーレン、クラスレートの新物質相探索と物性予言、
(2) ゼオライトにおける強磁性などの電子相関設計、
(3) クラスレートの特異フォノンがもたらす巨大熱電能材料や高温超伝導の可能性の探求、
(4) カーボンナノチューブの光学的性質および成長機構の解明。
既存の物質の物性評価にとどまらず、組成、配列、圧力、温度といったパラメーターを系統的に変化させた計算による物質設計を積極的に進める。領域内の実験グループによって新物質を合成されたり、新奇物性が発見されたりした場合にはこれに柔軟に対応する。理論と実験が緊密に協力して配列ナノ空間における新しい物性開拓を実現させることを目指す。

Research Products

• [Journal Article] Spin density functional study of magnetism in potassium-loaded zeolite A (2009)
  • Author(s): Y. Nohara, K. Nakamura, R. Arita
  • Journal Title: Phys. Rev. B 80 Pages: 220410(R)
• [Journal Article] First-principles Electronic structures of solid picene (2009)
  • Author(s): T. Kosugi, T. Miyake, S. Ishibashi, R. Arita, H. Aoki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn 78 Pages: 113704
• [Journal Article] Ab initio Derivation of Low-Energy Model for Alkali-Cluster-Loaded Sodalites (2009)
  • Author(s): K. Nakamura, T. Koretsune, R. Arita
  • Journal Title: Phys. Rev. B 80 Pages: 174420
• [Journal Article] A new crystalline phase of four-fold coordinated silicon and germanium (2008)
  • Author(s): Y. Fujimoto, T. Koretsune, S. Saito, T. Miyake, A. Oshiyama
  • Journal Title: New J. Phys. 10 Pages: 083001
• [Presentation] Magnets comprising non-magnetic element (2009)
  • Author(s): R. Arita
  • Organizer: Psi-k Workshop on Magnetism in Complex Systems
  • Place of Presentation: Vienna
  • Year and Date: 20090000