2000 Fiscal Year Annual Research Report

金属酸化物の空孔形成エネルギーの定量化

Research Project

Project/Area Number	12305040
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	足立裕彦京都大学, 工学研究科, 教授 (60029105)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小笠原一禎京都大学, 工学研究科, 助手 (10283631) 西谷滋人京都大学, 工学研究科, 助教授 (50192688) 田中功京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (70183861) 荒木秀樹大阪大学, 工学研究科, 助教授 (20202749) 白井泰治大阪大学, 工学研究科, 教授 (20154354)
Keywords	電子論 / 陽電子寿命 / 原子空孔 / 溶質原子 / セラミックス / 第一原理計算
Research Abstract	機能性材料としてすでに実用化されている無機材料の多くは,Zn,Ga,Ge,Cd,In,Snといった周期表で右下に位置するpブロック元素の酸化物や,遷移金属酸化物,さらにこれらの複合酸化物から構成されている.これらの物質は大気の酸素分圧中で点欠陥を内包し,化学量論組成から僅かにずれている.そして,この点欠陥に起因した特異な量子構造を利用して様々な機能が実現されている.しかし,金属材料と比較すると,セラミックスで最も良く研究されている金属酸化物においても,点欠陥についての定量的知見は極めて乏しい.報告されているデータも多くは1960年代までの電気伝導測定などに基づいたものであり,試料純度等の制約から定量性に疑問のあるものも散見される. 本研究は,最も基本的な欠陥種である単原子空孔に的を絞り,高精度の理論計算と陽電子寿命測定によって,その形成エネルギーを定量的に理解し,その溶質原子の存在による変化を理解することを目的としている. 本年度は,理論計算として平面波基底による擬ポテンシャルを用いたバンド計算を行い,全エネルギーを評価し,実験に先立って,ZnOおよびMgO中の溶質-空孔相互作用を解明した.実験的には,溶質元素を10-100ppm以下のレベルで制御して導入した試料を特に作成し,電気伝導度などの基本物性を測定した後,陽電子寿命測定を行った.陽電子寿命からは空孔周囲の電子密度と格子緩和量が,寿命の空孔成分の強度からは空孔の絶対量が評価できた. このような理論計算と実験を酸化物の欠陥について並列的に行う研究は,わが国はもとより,欧米を見ても全く例を見ない真に独創的なものと自負している.

Research Products
(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] F.Oba: "Geometry and Electronic Structure of [0001]/(-1-230)Sigma=7 Symmetric Tilt Boundary in ZnO"Phil Mag.A. 80. 1567-1581 (2000)
[Publications] K.Ogasawara: "Calculation of multiplet structures of Cr^<3+> and V^<3+> in α-Al_2O_3 based in a hybrid method of density functional theory and the configuration interaction"Phys.Rev.B. 61. 143-161 (2000)
[Publications] T.Mizoguchi: "Core-hole effects on theoretical ELNES/NEXAFS of MgO"Phys.Rev.B. 61. 2180-2187 (2000)
[Publications] M.Orita: "Mechanism of electrical conductivity of transparent InGaZnO_4"Phys.Rev.B. 61. 1811-1816 (2000)
[Publications] H.Moriwake: "Electronic structure and chemical bondings of MgCr_<2-x>O_4"Japan J.Appl.Phys. 39. 513-516 (2000)
[Publications] F.Oba: "Energetics and electronic structure of point defects associated with oxygen excess at a tilt boundary of ZnO"J.Mater.Res.. 15. 2167-2175 (2000)

2000 Fiscal Year Annual Research Report

金属酸化物の空孔形成エネルギーの定量化

Principal Investigator

足立 裕彦 京都大学, 工学研究科, 教授 (60029105)

Research Products

[Publications] F.Oba: "Geometry and Electronic Structure of [0001]/(-1-230)Sigma=7 Symmetric Tilt Boundary in ZnO"Phil Mag.A. 80. 1567-1581 (2000)

[Publications] K.Ogasawara: "Calculation of multiplet structures of Cr^<3+> and V^<3+> in α-Al_2O_3 based in a hybrid method of density functional theory and the configuration interaction"Phys.Rev.B. 61. 143-161 (2000)

[Publications] T.Mizoguchi: "Core-hole effects on theoretical ELNES/NEXAFS of MgO"Phys.Rev.B. 61. 2180-2187 (2000)

[Publications] M.Orita: "Mechanism of electrical conductivity of transparent InGaZnO_4"Phys.Rev.B. 61. 1811-1816 (2000)

[Publications] H.Moriwake: "Electronic structure and chemical bondings of MgCr_<2-x>O_4"Japan J.Appl.Phys. 39. 513-516 (2000)

[Publications] F.Oba: "Energetics and electronic structure of point defects associated with oxygen excess at a tilt boundary of ZnO"J.Mater.Res.. 15. 2167-2175 (2000)

足立裕彦京都大学, 工学研究科, 教授 (60029105)