2008 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Nano Materials Science for Atomic Scale Modification |
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| Project/Area Number |
19053005
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 功 Kyoto University, 工学研究科, 教授 (70183861)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺嶋 孝仁 京都大学, 低温物質科学研究センター, 教授 (40252506)
大谷 博司 九州工業大学, 工学部, 教授 (70176923)
松永 克志 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20334310)
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| Keywords | 第一原理計算 / 統計熱力学 / 自由エネルギー / 表面・界面 / 状態図 |
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| Research Abstract |
最先端の第一原理熱力学計算法を駆使し, 計算結果を逐次検証し, 必要に応じて実験結果から理論計算にフィードバックをかけることにより, 現実の材料系における機能元素の局所環境や電子構造を, 与えられた温度, 圧力, 化学ポテンシャルのもとで高精度に計算し設計することを可能とする技術の開発を目指した。第一原理熱力学法とは, 第一原理に基づいて自由エネルギーの温度依存性を求めるものである。このシナリオを実現するため, 膨大な量の第一原理計算を高い精度で, 実用的な時間内に完了できる効率的な計算アルゴリズムの開発を行った。本研究の究極的な目的は, 第一原理熱力学法に基づいた汎用的な機能元素の設計技術を確立することにある。さらに計測および合成班との綿密な連携のもとで開発した設計技術を検証し, 本領域研究において機能元素のナノ学理の理論基盤を構築する.
本年度は, ドーパント,表面, 界面, 転位のような格子不整合構造それぞれについて確立した第一原理熱力学計算技術を統合し, 現実の材料系の機能を決定する機能元素の熱力学計算へ展開するための基盤技術を構築した。これにより共通試料中の機能元素分布プロファイルや局所原子・電子構造を温度および圧力の関数として決定し, 機能元素に由来した静的物性の理論予測と検証実験を行った。
また, 第一原理分子動力学法により結晶内および表面・粒界・界面における機能元素について原子レベルでの動的シミュレーションを行い, 共通試料中の機能元素のダイナミクスを定量化した。また計算された原子移動挙動や電子構造変化等に基づき, 機能元素に由来した動的物性の理論予測と検証実験を行った。
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