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2022 Fiscal Year Annual Research Report

局所構造記述子を用いた複合欠陥含有誘電体材料の解析と設計手法の探索

Publicly Offered Research

Project AreaProgressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures
Project/Area Number 21H05560
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

旭 良司  名古屋大学, 未来社会創造機構, 教授 (80394625)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2023-03-31
Keywords誘電体材料 / ドーピング / 第一原理計算 / 機械学習
Outline of Annual Research Achievements

共ドープさせたルチル型酸化物TiO2, SiO2, SnO2の誘電率を第一原理計算によって計算した結果、比較的安定かつ誘電率の高いTi系酸化物が存在することが分かった。誘電率が増大する起源を解明するために、機械学習によって予測モデルを構築し、誘電率との相関を詳細に調べた結果、ある特定のTi-O結合距離で誘電率が増大することを見出した。静水圧下のルチルTiO2結晶における誘電率やフォノンモードの変化と比較した結果、誘電率の増大が局所構造の歪に伴う結合のソフト化に起因していることを見出した。以上の結果は、Scientific Reportsに論文公表した。
上記誘電率増大の指針をもとに、種々の2元系酸化物材料に対して静水圧下での誘電率の変化を調査した。その結果、Ti-Oに加えて、Ba-OおよびPb-Oに対して、結合距離の増大に伴うソフト化と誘電率増大の可能性を得た。そこで新規なBa系酸化物を基本とする材料探索を行った。その際、等方的な誘電率を狙い、AサイトがBa、Sr、CaであるBサイト秩序型ダブルペロブスカイト構造A2B’B”O6(ここでB’、B”イオンの価数の和が8)に着目し、約1500のB’とB”の組み合わせに対してハイスループット計算を行った。その結果、Ba系において、バンドギャップが1eV以上、誘電率が100以上の安定構造をいくつか発見することができた。
本研究によって、巨大誘電率発現につながる局所構造を見出すことができた。また、その局所構造の制御を指針として、可能性ある材料を提案することができた。今後はこれらの成果を基盤に、新規な巨大誘電体材料の実現に向けて研究をさらに発展させる予定。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Permittivity boosting by induced strain from local doping in titanates from first principles2023

    • Author(s)
      Kutana Alex、Shimano Yuho、Asahi Ryoji
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 3761

    • DOI

      10.1038/s41598-023-30965-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Automatic knowledge acquisition from superconductivity information in literature2023

    • Author(s)
      Mitsui Kento、Sasaki Yutaka、Asahi Ryoji
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials: Methods

      Volume: 3 Pages: 2206532

    • DOI

      10.1080/27660400.2023.2206532

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polymorphs of Titanium Dioxide: An Assessment of the Variants of Projector Augmented Wave Potential of Titanium on their Geometric and Dielectric Properties2023

    • Author(s)
      Pradeep Varadwaj, Van An Dinh, Yoshiaki Morikawa, Ryoji Asahi
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 局所構造制御による機能性材料設計2023

    • Author(s)
      Ryoji Asahi
    • Organizer
      固体イオニクス研究会
    • Invited
  • [Presentation] Materials design of dielectric oxides by high throughput simulations and machine learning2023

    • Author(s)
      Alex Kutana, Yuho Shimano, Ryoji Asahi
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Socio-technical Innovation for Zero Carbon in Asian Countries
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discovering large dielectric constant materials with graph neural networks2022

    • Author(s)
      Alex Kutana, Yuho Shimano, Ryoji Asahi
    • Organizer
      Psi-K conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Titanium Dioxide (TiO2) and Its Polymorphs: An Assessment of the Variants of Projector Augmented Wave (PAW) Potential of Ti on Its Geometric, Electronic, Mechanical, Dynamical and Optical Properties2022

    • Author(s)
      Pradeep Risikrishna Varadwaj, Yuho Shimano, Ryoji Asahi
    • Organizer
      International Conference on Material Science and Engineering Technology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alloy design based on first-principles calculations from deductive to inductive approach2022

    • Author(s)
      Ryoji Asahi
    • Organizer
      SIPS 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] グラフニューラルネットワークを利用した機能性無機材料の探索2022

    • Author(s)
      Ryoji Asahi
    • Organizer
      日本MRS年次大会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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