2013 Fiscal Year Research-status Report
白色LED用Mn4+付活狭帯域赤色蛍光体の量子材料設計
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25420720
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
小笠原 一禎 関西学院大学, 理工学部, 教授 (10283631)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / 遷移金属 / 多重項 / 吸収スペクトル / 第一原理計算 / 構造最適化 / 酸化物 / フッ化物 |
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| Research Abstract |
多次元多重項エネルギーダイヤグラムの構築に関しては、酸化物中のd3イオン（Cr3+, Mn4+）について、結合距離および歪の度合いを示すパラメーターの値を徐々に変化させて作成した6配位D3d対称のモデルクラスターを用いて、第一原理多電子計算プログラムであるDVME計算プログラムによる多重項エネルギーの計算を行うことで、２次元多重項エネルギーダイヤグラムを構築した。これにより、6配位D3d対称の局所構造を持つ酸化物中のd3イオンについて、構造と多重項エネルギー準位の相関を明らかにすることができた。
格子緩和効果の第一原理計算による解析に関しては、α-Al2O3中およびMgO中のd3イオン（V2+, Cr3+, Mn4+）について、第一原理分子動力学計算プログラムCASTEPを用いて構造最適化を行い、最適化構造を用いてDVME計算プログラムによる多重項エネルギー準位・吸収スペクトルの第一原理計算を行ったところ、実験結果をよく再現する結果が得られた。更に、α-Al2O3中Cr3+については、圧力依存性についても実験結果をよく再現する結果が得られており、母体結晶が酸化物の場合に構造最適化がうまくいっていることを示唆する結果が得られた。一方、CASTEPを用いてK2MnF6,の構造最適化を行ったところ、実験的に得られている結晶構造を再現することができず、母体結晶がフッ化物の場合は構造最適化がうまくいかない場合があることが分かった。
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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
多次元多重項エネルギーダイヤグラムの構築に関しては、当初D3d 対称および D2h 対称について計算を行う予定であったが、膨大な量の計算およびそのデータ処理に予想以上の時間がかかったため、 現在のところ、D3d 対称の結果のみしか得られていない。現在、D2h 対称についての計算を行う代わりに、膨大な計算・データ処理を自動化するプログラムの開発に着手している。
格子緩和効果の第一原理計算による解析に関しては、当初酸化物については、Mg8.5(AsO4)2(AsO6)O2, CaAl12O19, Mg28Ge7.55O32F15.04 等の計算を行う予定であったが、構造が極めて複雑であるため種々の問題が生じ、計算が困難であったため、予定を変更し、比較的構造が簡単なα-Al2O3およびMgOについて計算を行った。更に、α-Al2O3については、高圧での結晶構造データが存在するため、圧力依存性に関する計算も行った。フッ化物については、予定通り、K2SiF6, K2GeF6, K2TiF6等の計算を行ったが、K2MnF6の計算結果からフッ化物の場合、CASTEPによる構造最適化がうまくいかない場合があることが分かった。
全体として、ある程度予定の変更はあったが、おおむね順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
多次元多重項エネルギーダイヤグラムの構築に関しては、膨大な計算およびそのデータ処理を効率的に行うため、現在、計算・データ処理の自動化を行うためのプログラムを新たに開発しているところである。プログラム開発には半年程度かかると考えられるが、その後の研究をスムーズに進めるためには不可欠であると判断した。
格子緩和効果の第一原理計算による解析に関しては、まず酸化物については、計算する物質の順序を変更し、比較的簡単な結晶構造のものから順に計算を行う。徐々に経験を積んでいくことにより、ノウハウが蓄積され、より複雑な結晶構造のものについての計算が可能になると期待される。フッ化物については、CASTEPによる構造最適化の問題点について、いくつかのテスト計算を行うことにより、さらに検討する。基本的にフッ化物の計算は比較のみであり、実際に材料として期待されているのは酸化物であるため、問題が続くようであれば、フッ化物の計算は中断し、酸化物の計算に集中する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
データベース費用の一部について、当初予定していたよりも支出の額が小額で済んだため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額は平成26年度の研究費と合わせてソフトウェアライセンスの保守費用などに使用する。
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