2021 Fiscal Year Research-status Report
Evolutionary search for high-temperature superconductivity in ternary hydrides
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20K03868
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石河 孝洋 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (40423082)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 水素化物 / 進化的アルゴリズム / 第一原理計算 / マテリアルズ・インフォマティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究で、文献や自身の計算によって収集した高圧力下における2元系水素化物の超伝導データを基に進化的アルゴリズムのひとつである遺伝的プログラミングを使って超伝導性予測器を作成した。この予測器を使って3元系水素化物における高温超伝導の候補を探索したところ、ストロンチウム(Sr)-ジルコニウム(Zr)-水素(H)系、ナトリウム(Na)-アルミニウム(Al)-H系、バリウム(Ba)-セリウム(Ce)-H系、カリウム(K)-スカンジウム(Sc)-H系、ラジウム(Ra)-トリウム(Th)-H系などが選出された。これらの系の超伝導性を第一原理計算によって検証するために、今年度はK-Sc-H系に注目し、昨年度に開発した進化的アルゴリズムによる形成エネルギー凸包構築手法を適用して150万気圧下における安定組成及び安定構造の探索をまずは行い、得られた結果を基に超伝導転移温度の計算を実施した。探索の結果、150万気圧では凸包上に出現する安定な3元系水素化物は出現しなかったが、凸包までのエンタルピー差が2.64 mRy/atom以下の領域に存在する適度な準安定相として高水素濃度化合物のK2ScHx (x=42-46)が得られた。これらの水素化物で最も高い超伝導転移温度を示すのはK2ScH43であり、超伝導転移温度は116ケルビンとなることを予測した。また、この探索によって2元系KH10について先行研究で予測されている構造よりもエンタルピーが低い結晶構造を発見し、超伝導転移温度が110ケルビンとなることを予測した。
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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
進化的アルゴリズムによる安定組成・安定構造の探索に手間取ったが、当初の研究計画通り高温超伝導を示す新たな3元系水素化物の予測に成功したため、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
K-Sc-H系の高圧安定相と超伝導相の探索をまずは終了させる。水素化物は零点振動が物性に大きく影響を与えるため、フォノン計算によって零点振動エネルギーを計算し、相安定性がどう変化するかを調べる。これらの結果をまとめて論文化する。これと並行して、超伝導性予測器で得られた高温超伝導が期待される残りの系についても形成エネルギー凸包の構築と超伝導転移温度の計算を行う。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で予定していた学会がオンライン開催となり旅費が未使用になったこと、及び本年度の３月から所属先が変更になったことにより計画していた物品などの購入を控えたことにより、次年度使用額が生じた。次年度分として請求した助成金と合わせて計算機部品の購入と、現地開催の学会に参加するための旅費に使用する計画である。
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