結晶構造データベースと第一原理計算を用いた未知酸化物の網羅的探索

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22057
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 林 博之 京都大学, 工学研究科, 助教 (50727419)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 新規物質探索 / 第一原理計算

Outline of Annual Research Achievements

材料開発においては、既知物質の機能を大きく凌駕する新規物質の発見だけでなく、工業的用途に応じて物質の選択肢を持つことが重要である。本研究により合成の可能性が高い未知物質の候補を与えることができれば、物質・材料の探索研究を加速的に進めることができる。熱力学的に安定な物質だけでなく、準安定な物質にも有用な材料候補となる物質は多く存在するため、それらを効率的に予測することができれば、高機能物質を発見できる可能性は飛躍的に向上すると期待される。不純物添加や固溶体形成により準安定相を常温常圧下にクエンチすることは合成による物質探索の常法であるが、添加元素の種類や濃度や、考慮すべき結晶構造など膨大な探索空間を有するため、これまでは各論的に研究が行われてきた。本研究では、第一原理計算により擬二元系酸化物にどのような未知の熱力学的安定相および準安定相が存在するか、またそれを安定化する添加元素は何かを予測することを目的とした。準安定相を安定化させる添加元素の予測として、前年度に評価した様々な構成元素および結晶構造の仮想的な擬二元系酸化物の形成エネルギーから、結晶構造の安定化に寄与の大きい元素を抽出した。このように、未知酸化物までを網羅した計算データベースは存在しないため、これまで知られていなかった安定酸化物および準安定酸化物のリストとその安定化元素候補により、新規材料の発見とそれに伴う物性研究を深化させるものと期待できる。