2020 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of Dopant Configuration and Lattice Energy in Proton Conducting Oxides
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19K23577
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤崎 貴也 東北大学, 多元物質科学研究所, 学術研究員 (30846564)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | クラスター展開 / 第一原理計算 / アトムプローブトモグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複数のプロトン伝導体の原子位置の実験的な決定を行い、更にその位置情報を基に密度汎関数理論(DFT)もしくはクラスターエクスパンション・モンテカルロ(CEMC)法を用いて格子のエネルギーを算出することを試みた。研究代表者はまずイリノイ大学アーバナシャンペーン校のElif Ertekin准教授の研究グループに約一か月間滞在し、上記のクラスターエクスパンション・モンテカルロ(CEMC)法を用いて、有限温度でのプロトン伝導体の原子配置の理論計算を行った。その結果、当初の予想通り、プロトン伝導性酸化物のドーパントは焼成時の温度においてクラスターを作っていないことが理論的に示された。この結果は現在、国際学会誌への投稿準備を進めており、2021年度中の受理を目指している。また、上記の理論計算による結果を実験的に明らかにするため、ドーパントの位置を三次元的に解析することを試みたが、分解能の問題から、満足のいく結果は得られなかった。
また、上記のクラスターエクスパンション・モンテカルロ(CEMC)法による理論研究の結果を基に、新たに東北大学の井口史匡 准教授との共同研究も始まり、プロトン伝導体のドーパントの位置が体積弾性率に与える影響について明らかにすることが出来た。この共同研究は、複数の組成のプロトン伝導体の体積弾性率の差の評価を実験と理論の両方によって行われ、結果は国内学会で発表された。また、日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウムではベストプレゼンテーション賞を受賞した研究結果となった。
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