2007 Fiscal Year Annual Research Report
計算機シミュレーションによるナノイオニクス現象の解明
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16079209
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
下條 冬樹 Kumamoto University, 大学院・自然科学研究科, 准教授 (60253027)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安仁屋 勝 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (30221724)
渡邉 聡 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00292772)
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| Keywords | プロトン / ペロブスカイト型酸化物 / 分子吸着 / 表面 / 界面 / 第一原理 / シミュレーション / ナノ材料 |
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| Research Abstract |
1.気体/酸化物/金属三相界面における分子反応過程を調べるために、酸化物(SrTiO_3)と金属電極(Pt)の両方の表面を露出させた構造モデルを構築した。水素分子を導入して分子動力学シミュレーションを行うことにより、i)Pt表面上に達した水素分子は解離吸着すること、ii)Pt表面においてプロトンは安定サイトに留まるのではなく表面上を移動すること等が分かった。この成果は、燃料電池電極における効率的な分子吸着反応過程を考える上で重要である。
2.InドープSnP_2O_7中でのプロトンの拡散機構に関して、従来考えられていたPO_4四面体内のO間を移動する経路では、プロトンがP近傍を通過する必要があるため、エネルギー障壁が0.7〜0.9eVという大きな値になることが分かった。このような高いエネルギー障壁を持つ経路での拡散は実現していないと考えられる。これに対し、サイト間の距離は比較的長いがP近傍を経由せずに済むためエネルギー障壁(約0.45eV)の低い経路を見出した。この成果は、高いプロトン伝導度を持つ物質設計を行う上で極めて重要である。
3.Ag/Ag_2S/Ag接合系の構造と電気特性に関し、i)Ag_2S層内の過剰Ag原子数を増すとともに銀原子の橋状構造が成長していくこと、ii)この橋状構造がバルク銀結晶中の最密充填面である(111)面に対応する正六角形型のAg原子構造をユニットとしていること、iii)バイアス電圧を印加すると電極間をつなぐAg架橋が完成したところで透過係数が大きく上昇することなどを解明した。これらの結果は、デバイス設計において有用な知見である。
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