2022 Fiscal Year Annual Research Report
Evolutionary search for high-temperature superconductivity in ternary hydrides
| Project/Area Number |
20K03868
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
石河 孝洋 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40423082)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| 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 / 組成・構造探索 |
|---|
| 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で検証するためには安定組成・安定構造をまずは決定する必要がある。そこで2020年度は組成・構造の同時探索を可能とする「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」を開発し、2021年度に150万気圧下におけるK-Sc-H系に適用させた。その結果、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実験で合成可能な準安定相としてK2ScHx (x=42-46)が得られた。これらの水素化物について超伝導転移温度を計算したところ、K2ScH43が最高値の116ケルビンを示した。
2022年度は、水素化物で顕著となる零点振動エネルギーを加えることによってK2ScHx (x=42-46)の相安定性がどのように変化するかを調べた。その結果、K2ScH42以外は全て凸包までのエンタルピー差が0.2-0.4 mRy/atomだけ減少し、安定化の方向に向かうことがわかった。また、これらの水素化物について170万気圧下で超伝導転移温度を計算したところ、K2ScH42以外は僅かに増大し、K2ScH43で127ケルビンという結果が得られた。
|
