2009 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)
吉矢 真人 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00399601)
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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行った。具体的には、ドーパント、表面、界面を対象に第一原理熱力学計算手法を開発し、格子不整合領域におけ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。これにより様々な環境の機能元素の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を行った。また、第一原理分子動力学法により、原子レベルでの高精度な動的シミュレーションを行う手法を確立し、これを様々な材料系へ応用した。これと同時に、高分解能X線回折、X線吸収分光実験、電子エネルギー損失分光実験等により標準試料中の機能元素の局所原子・電子構造や分布を計測した。また、理論計算から得られた機能元素の局所構造や状態図などと比較し、その結果を計算に逐次フィードバックすることで、理論予測の精度を高めた。本研究により確立された第一原理熱力学計算手法を、白金合金触媒材料に適用し、表面への白金偏析挙動を実用レベルで取り扱うことに成功した。また、酸化チタン-金ナノ粒子系触媒を対象として、その界面原子構造の計算を行い、超高分解能走査型透過電子顕微鏡観察と連携することで、界面構造が金ナノ粒子のサイズに大きく依存することを明らかにした。
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