2015 Fiscal Year Research-status Report
結合形態を越えて成り立つヒューム・ロザリー型相安定化機構の研究
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26420668
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| Research Institution | Nagoya Industrial Science Research Institute |
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Principal Investigator |
水谷 宇一郎 公益財団法人名古屋産業科学研究所, その他部局等, 研究員 (00072679)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 金属電子論 / 干渉効果 / ヒューム・ロザリー電子濃度則 / 擬ギャップ形成機構 / 遍歴電子濃度 / 結合形態 / 軌道混成効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオン結合性が高い化合物群のヒューム・ロザリー電子濃度則と1原子あたりの遍歴電子数e/aを系統的に調査するために、周期律表の第15族に属し電気陰性度が高いPをホストに選び、これに周期2から6に属する元素を組み合わせた合計59個の2元系金属間化合物についてFLAPW-Fourier解析を行った．その際、各化合物の結合性をvan Arkel-Ketelaar3角図を使って評価した．この3角図上でイオン結合性が50%未満であれば、e/aは精度高く決定出来、ヒューム・ロザリー電子濃度則の適用を保証する遍歴電子の干渉効果を抽出出来た．しかし、アルカリ金属元素とPの化合物群ではそのイオン結合性が50％を越え、そのe/aの決定が不安定化することを指摘した．また、この研究を通じて新しいヒューム・ロザリー電子濃度則が成り立っている化合物群をいくつか発見した．例えば、スクッテルダイト化合物TMP3, TMAs3, TMSb3 (TM=Co, Ni,Rh, Ir) がe/a=4.34のヒューム・ロザリー電子濃度則を満たしていることを証明した．
研究代表者水谷宇一郎と連携研究者佐藤洋一の共著で単行本「ヒューム・ロザリー電子濃度則の物理学」を内田老鶴圃より出版した．我々が開発したFLAPW-Fourier理論を適用して遍歴電子の干渉効果、ヒューム・ロザリー電子濃度則そして周期律表の54個の元素のe/aの決定を紹介した．
2015年11月には早稲田大学で開催された第2回材料科学のフロンティアに関する国際シンポジウムでFLAPW-Fourier理論の紹介とそこから得られる情報について報告した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究代表者水谷宇一郎と連携研究者佐藤洋一及び犬飼学が開発したFLAPW-Fourier法の威力が固体の結合形態を調べる上で如何に重要であるかを示すことを本研究の中心課題に据えて最初の2年間の研究を終えた．2015年2月頃にこの理論を走らせるLinux計算機が相次いで故障し、新しい機種を立ち上げるまでの2ヶ月ほど停滞したが、その期間を除き研究は順調に進展出来た．3年目に予定していた単行本「ヒューム・ロザリー電子濃度則の物理学」の出版を2年目に完成させることが出来た．また、早稲田大学で開かれた国際シンポジウムで代表者水谷と連携者佐藤が本研究の成果を発表した．結合形態を越えてFLAPW-Fourier理論がどこまで適用可能かに関してその有効性と適用限界を多くの参加者に宣伝出来たことは大きな成果であった．
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| Strategy for Future Research Activity |
結合形態に依存して材料は千差万別の物性と機能を呈するが、本研究では結合形態を越えてどこまで遍歴電子の干渉効果による相安定性の議論が可能であるか、さらに、遍歴電子濃度e/aの定義がどこまで可能かを見極める研究をこの2年間実施してきた．我々は目下、遍歴電子濃度e/aは単位胞に含まれる構成元素間で電荷が一様に分布しているという前提で得られる物理量であることに注目している．実際の合金結晶においてイオン結合性が高まると構成元素間に電荷移動が生じ、この一様な電荷分布は失われる．
最近、我々はFLAPW-Fourier理論を使って、異種元素間の電荷分布を決めることが可能であることを見出した．そこで、この知見を活かしてイオン結合性が高い化合物に対して構成元素間の電荷密度分布を可視化することで、電気陰性度と平均の電子濃度e/aという結合形態を評価する上で二つの鍵となるパラメータの抽出を試みその背景にある物理を明らかにすることで、多様な結合形態を持つ材料の統一的な理解を深める研究を推進する計画である．
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| Causes of Carryover |
本研究の柱であるFLAPW-Fourier計算を遂行する際に最高速で安定なリナックス計算機、フォートラン90を走らせる専用計算機そして論文作成、メール交換などの機能を効率よく実行する計算機の3台を代表研究者、連携研究者が常時稼働させていることが不可欠である．次年度使用額が生じた理由は28年度早々発売予定の新機能の計算機周辺備品を購入するための措置である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度早々にFLAPW-Fourier解析で得られたデータを3次元空間でグラフ化する機能を持つソフトを購入する計画である．
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| Remarks |
研究代表者水谷宇一郎がこの10年間の研究成果を報告しているwebページです．
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