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自然欠陥を考慮した二酸化チタンの電子物性と熱力学的な相安定性の研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J11856
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物性I(理論)
研究機関東京工業大学

研究代表者

青木 祐太  東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード二酸化チタン / 第一原理計算 / 相図予測 / チタン酸窒化物 / 光触媒 / 密度汎関数法 / 不純物ドーピング / 新物質設計 / 酸化物半導体 / 格子振動 / 国際研究者交流 / アメリカ合衆国
研究実績の概要

本年度は体調を崩すことが多く研究に従事できなかった期間が生じてしまい, 昨年度と比べて研究の進捗度合いは非常に小さなものにとどまってしまったが, 本年度は以下の様な成果が得られた.
1. 二酸化チタン多形の相安定性の理論解析において交換・相関汎関数の選択がどの程度結果に影響を与えるかを見積もるため, 電子状態とフォノン状態双方を局所密度近似(LDA)で計算した昨年度の結果と, 電子状態のエネルギーのみを一般化勾配近似(GGA)に置き換えた結果とを比較した. その結果, 用いる交換・相関汎関数の種類によって予測される転移点が大きく変わり得ることがわかった.
2. 高濃度窒素ドープ二酸化チタンにおける電子状態の研究において, 昨年度より電子状態の解析を更に詳細に解析し, フェルミレベル付近の部分電荷密度分布を明らかにした. その結果, 高濃度に窒素ドープした場合のキャリアの伝導ルートを解明することができた.
3. チタン酸窒化物の電子状態の研究
昨年度の研究において理論提案したチタン酸窒化物(Ti2N2O)の電子状態の解析をより詳細に行った結果, Ti2N2Oにおけるバンドギャップの縮小は, 伝導バンド下端の下降によるものではなく価電子バンド上端の上昇によるものであること, さらにこの価電子バンド上端の上昇は, 主に窒素の2p状態によるものであることがわかった.
4. 自然欠陥を含む単純チタン酸化物における超伝導発現に関する研究において, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7等の, TiO2から酸素が欠損した組成を持つ一連の単純チタン酸化物における超伝導発現機構を理論的に解明するための第一段階として, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7各組成について, 結晶構造の分類および電子状態の計算を行った. さらにTiOに関しては, フォノン分散の計算も行った.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermodynamic Effects on Energetic, Structural, and Elastic Properties of Titanium Dioxide Polymorphs2015

    • 著者名/発表者名
      Yuta Aoki and Susumu Saito
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 4 ページ: 012005-012005

    • DOI

      10.7566/jpscp.4.012005

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 可視光応答型光触媒材料としてチタン酸窒化物の理論提案2016

    • 著者名/発表者名
      青木祐太, Sinisa Coh, Marvin L. Cohen, Steven G. Louie, 斎藤晋
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京都目黒区
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Thermodynamic and other related properties of titanium-dioxide systems2015

    • 著者名/発表者名
      Yuta Aoki, Susumu Saito
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二酸化チタン多形に関する相図の第一原理計算に基づく理論予測2015

    • 著者名/発表者名
      青木祐太, 斎藤晋
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学千里山キャンパス, 大阪府吹田市
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Quasiparticle and optical properties of TiO2 and its related systems2015

    • 著者名/発表者名
      青木祐太・Sinisa Coh・Steven G. Louie・Marvin L. Cohen・斎藤晋
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス (東京都新宿区)
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Thermodynamic properties of solids from the first principles: LDA vs GGA in application to titania systems2014

    • 著者名/発表者名
      Yuta Aoki
    • 学会等名
      ATI 2014 Nano-Carbon meeting at Zao
    • 発表場所
      ホテルルーセント たかみや (山形県山形市)
    • 年月日
      2014-07-31 – 2014-08-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical Prediction of Phase Diagram and Other Related Properties of TiO2 Polymorphs From First Principles2014

    • 著者名/発表者名
      Yuta Aoki and Susumu Saito
    • 学会等名
      The 8th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • 発表場所
      Mielparque Yokohama (神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2014-06-25 – 2014-06-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 量子力学に基づくチタン酸化物光触媒材料の理論設計2014

    • 著者名/発表者名
      青木祐太
    • 学会等名
      東京工業大学4教育院合同学生フォーラム
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • 年月日
      2014-05-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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