2020 Fiscal Year Research-status Report
Materials design of two-dimensional octet AB compounds by bond engineering
| Project/Area Number |
20K05324
|
|---|
| Research Institution | Mie University |
|---|
Principal Investigator |
秋山 亨 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40362363)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 原子層物質 / グラフェン / vdWヘテロ構造 / 第一原理計算 / 二層ハニカム構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
AB型二元系材料として16種類の材料を対象として、バルク状態で安定となる構造(岩塩、閃亜鉛鉱あるいはウルツ鉱構造)に加え二層ハニカム(DLHC)構造やHaeckelite構造を含む様々な構造を採用し、膜厚の関数としてファンデワールス相互作用を考慮した第一原理計算により凝集エネルギー計算およびフォノン計算を実行した。膜厚が薄い場合(2原子層)においてはどの材料においてもDLHC構造が安定となるのに対して、材料に依存して3～15原子層以上においてはHaeckelite構造が安定となることを見出した。DLHC構造の安定化にはイオン性が重要な役割を果たしているものの、イオン性のみでは説明不可能な材料(例えばCdTe)もあり支配因子の抽出にはダイポール相互作用の解析等のより詳細な検討が必要である。また、AB型二元系材料を含むヘテロ構造の形成可能性に関する検討もおこない、グラフェンおよび六方晶BNとAB型二元系材料からなる超格子の安定構造を決定した。この場合においても、AB型二元系材料はバルク状態での安定構造とは異なるDLHC構造が安定となることを見出し、新たなvdWヘテロ構造の形成可能性を提案した。
さらに、機械学習を用いた安定構造探索を実施するために計算環境の整備(GPU搭載計算サーバの導入)を行い、これまでの計算で得ているIV族原子層物質の過剰エネルギーに対して決定木分析による予測を試みた。再現性の良いデータ範囲もあるものの外挿が困難で著しく再現性の低いデータ範囲もあることを見出した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたAB型二元系材料の安定性に対する検討に加えてヘテロ構造に対する検討も進めて成果が得られたことから、研究は順調に進捗しているものと判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は本年度の検討により形成可能と考えられる原子層物質およびヘテロ構造に対する物性探索を行う。これらの構造では電子状態もバルクとは大きく異なっておりトポロジカル絶縁体の候補として考えられる。さらに励起子絶縁体としても機能することも考えられることから、電子状態の解析(バンド構造やトポロジカル数の算出)を実施する。そのための計算機の整備(メモリ増設)を行う。また、ヘテロ構造に対しては本年度において対象とはしていなかったIII-V族窒化物半導体(AlN,GaNおよびInN)におけるvdWヘテロ構造の形成可能性の検討を行う。これらの材料とMoS2との格子不整合度が小さいことおよび窒化物半導体においても原子層物質の形成可能性が提案されていることから、これらの系においても新たなvdWヘテロ構造の形成が考えられる。これらの系における凝集エネルギー計算およびフォノン計算によりその安定性を評価する。
|
| Causes of Carryover |
コロナウィルス感染防止対策により国内および海外出張をすることが不可能になり、当初予定していた旅費の執行が不可能になった。これらの旅費は翌年度に執行する予定であるが、感染状況によっては出張を取りやめて計算設備およびオンライン会議設備の拡充に対して執行することも検討している。
|
