2014 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理計算と実験の連携による強誘電体相転移における化学結合とソフトモードの研究
Project/Area Number |
24560833
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Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
Principal Investigator |
森分 博紀 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, その他 (40450853)
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Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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Keywords | 強誘電体材料 / 第一原理計算 / 化学結合状態 / ソフトモードフォノン |
Outline of Annual Research Achievements |
本課題は,強誘電体材料の巨大強誘電物性機能について,その原子レベルでの構造解析と機能発現メカニズムを解明することを目的とし,化学結合状態とソフトモードフォノン巨大強誘電体物性に着目して,高精度の第一原理計算と実験を組み合わせた包括的な研究を実施し,巨大な強誘電物性発現のメカニズムを解析,解明することを目的として研究活動を実施した. その結果,大規模分子動力学シミュレーションソフトウエアの開発を行い,古典分子動力学法に基づきシャルモデルを応用したポテンシャル開発を行った.BaTiO3をモデル材料として,その精度の検証を実施したところ,BaTiO3の温度による逐次相転移はほぼ再現できることが判明した.これを用いて有限温度での誘電率のシミュレーションを行ったところ,その温度依存性の傾向を良く再現することが分かった.これらの結果は,BaTiO3の巨大誘電率はポテンシャル障壁が熱振動エネルギーと同程度であるソフトモードの存在により発現していることを示しており,新規巨大誘電率材料の設計にはこのポテンシャル障壁が熱振動エネルギーと同程度であるソフトモードを物質内に作りこめば良いことを示唆している.(本シミュレーションによる誘電率絶対値は実験値を大幅に過小評価する課題があり,この点については継続検討する必要がある.)また,新しい強誘電材料の候補として従来の酸素八面体とはことなる四面体ユニットを有する物質の検討を行い,従来強誘電体にはならないと考えられていたZnOなどのウルツ鉱型結晶構造においてP63mc → P63/mmc → P63mcでの分極反転機構により強誘電性を発現する可能性を明らかにした.また,これらの物質群は酸素をカルコゲンに置換しても同様のメカニズムにより強誘電材料となりうることが判明し,新規強誘電体材料開発に新たな設計指針を提供した.
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Research Products
(12 results)