2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03384
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川添 良幸 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 名誉教授 (30091672)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ベロスルドフ ロディオン 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10396517)
尾上 順 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50241245)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ペンタグラフェン / ナノ炭素構造体 / 第一原理シミュレーション計算 / 全電子混合基底法TOMBO / 五員環構造 / 原子欠陥・置換 / 磁性 / 実験的創製 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度に我々独自開発第一原理シミュレーションプログラムTOMBOのチューニングを行い、Block Davidson法の導入を完了し、欠陥を含む系等の原子数の大きい系を対象とするシミュレーションを実施出来た。
2次元遷移金属硼化物/炭化物(penta-TMB及びpenta-TMC)を対象とした密度汎関数理論によるシミュレーション計算を実施し、水素製造過程への電子触媒の可能性を探った。これらの材料は金属であり、特にWB及びHfCが強磁性体であることを確認し、論文として公表した。
ペンタグラフェン中のポーラロンを算定した。ペンタグラフェンの特殊な構造体中のため、その中に発生するポーラロンは局所的に発現することを示し、電荷移動に関係する物理現象への応用可能性を含む成果を論文として公表した。また、電子付加効果に関するシミュレーションも実施し、局所ポーラロン発現パターンが異なる事を示した。ペンタグラフェンに留まらず、関連する炭素ナノ材料のシミュレーションを行い、有意義な成果を得た。これらの成果はペンタグラフェンへと拡張することが可能で、今後の本研究遂行に有用である。
実験的創製の研究も進展し、ダイヤモンドやグラファイトの生成しない条件下で竹炭を高温・高圧に曝す実験をより高圧で実施し、出来上がった構造体の原子構造を解析した。ペンタグラフェンの破片の存在が窺われる結果を得た。2次元に整列したフラーレンに電子線及びレーザー光を照射し、再構築した構造体の形状観察を継続しているが、未だに五員環の連結部分は見出せていない。
これらは、平成30年度も継続的に、以下に示す学会等で講演し、当該分野の研究者や一般市民への周知を図った。研究成果は論文にまとめ、以下に示す様に学術雑誌に公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度から、TOMBOを使い、復数個の炭素原子欠陥を含むペンタグラフェンの構造安定性と各種物性を算定している。1原子欠陥の場合に既に磁性等で興味ある成果が得られているので、より一層複雑な構造に対するシミュレーション計算を実行し、有用物性を有する新物質を探っている。この過程で、Materials Infoamtics(MI、マテリアルズインフォマティクス)の技法を取り込み、研究の迅速化と高度化を図った。この取り組みは以下に示す様に国内外で招待講演となっている。
ペンタグラフェンへの各種原子付加物質の可能性を検討した。ペンタグラフェンはsp2とsp3構造が交互に連結した構造をしているため、通常のグラフェンと比べて付加原子位置を離すことが可能である。この特性により、実際の実験的新構造体創製における物性制御が容易になる。現在までに、水素、フッ素、二酸化炭素分子の吸着位置とそれらによる物性変化の詳細を検討してきた。
ペンタグラフェンの実験的合成は極めて困難なことは研究開始以前から認識していたが、２年が経過した現在でも未だに達成されていない。この間に、基板上にではあるが、ペンタシリセンの一次元構造が実験的に創製された。我々も基板を考慮に入れたペンタグラフェン創製研究の重要性を認識し、具体的な有用基板選定を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）現在のバージョンのTOMBOに原子位置緩和部分のバグを見つけたので、その修正に当たる。これは従来のバージョンでは完成していた部分なので、原理的には、そこからの移植で完了するはずである。本研究成果の広報の意味で、TOMBOのチュートリアルを各種会議等の機会に開催する。既に、平成31年7月に香港で開催予定のアジア計算材料学コンソーシアムACCMSの国際会議ACCMS-10でのTOMBOチュートリアル実施が確定している。
（２）MI技法を適用し、ペンタグラフェン関連有用新物質の探索を行う。一般的に、MIにより、人間では気が付かない有用物性を探索可能とすることが期待されており、本研究でもそれを活用する。
（３）最終年度に辺り、成果公表をより重点的に行う。既に欠陥に関する研究は国際学術誌に投稿済みであり、他の成果も順にまとめて投稿する予定である。
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