Elucidation of synergistic effects and dynamic properties of hyper-ordered structures using large-scale quantum chemical calculations and crystal structure database
Publicly Offered Research
| Project Area | Progressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures |
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| Project/Area Number |
21H05544
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小林 正人 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40514469)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 超秩序構造 / 大規模計算 / 準安定結晶構造 / データベース / 反応経路自動探索 / 量子化学 / 分子動力学 / 位相的データ解析 / 理論化学 / 大規模系計算 / 結晶構造 |
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| Outline of Research at the Start |
「シナジー効果」と「動的特性」の2点に焦点を当て、超秩序構造材料の機能発現機構を原子レベルで解明するための計算化学プラットフォームを構築して領域内の融合研究に利用する。具体的には、(1)多様な超秩序構造材料の大規模量子分子動力学計算を実現するプログラムの開発と応用、(2)準安定結晶構造データベースとパーシステント・ホモロジー解析を利用したアモルファス構造と結晶構造の対応付けを行う。プラットフォーム構築と応用研究を通じて、超秩序構造の学理形成に資する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、(1)多様な超秩序構造材料の大規模量子分子動力学計算を実現するプログラムの開発と、(2)準安定結晶構造データベースとパーシステント・ホモロジー解析を利用したアモルファス-結晶の構造相関解析手法の開発を推進することにより、超秩序構造材料の機能発現機構を原子レベルで解明する計算化学プラットフォームを構築し、領域内の融合研究に利用する。
(1)に関して、昨年度開発した複合欠陥の大規模量子化学計算手法であるDC-xTB法のプログラムを拡張し、周期境界条件計算に対応した。本プログラムではエネルギー勾配の算定も可能であり、分子動力学計算に利用することもできる。また、部分状態密度(PDOS)のような電子状態を見ることも可能であり、これらの機能を利用した領域内共同研究も展開した。
(2)に関して、これまでSiO2とTiO2、MgOのデータベースを作成してきたが、本年度はSiO2と同様にガラス形成能の高いGeO2、また、酸化物以外で比較的ガラス形成能の高いZnCl2の準安定結晶構造データベースを作成し、そのパーシステント・ホモロジー解析を行った。低エネルギー準安定構造のダイアグラムを重ね合わせると、GeO2はSiO2と同様の傾向が見られたが、ZnCl2は低エネルギー準安定構造の数が非常に多く、酸化物と同様には比較できないことがわかった。
その他、領域内の融合研究として、GRRMを用いた4-ヒドロキシメチルフルフラールからのフミン生成初期過程の探索、パーシステント・ホモロジーを用いた反応経路地図の特徴量抽出法の開発、などを行った
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
