| 研究課題/領域番号 |
21K03419
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
濱本 雄治 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30584734)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 第一原理計算 / 機械学習 / 二次元物質 / 不均一触媒 / 金属クラスター / シリセン / ボロファン / グラフェンナノリボン / 金属クラスター触媒 / 金属単原子触媒 / ガウス過程回帰 / 進化的アルゴリズム / ボロフェン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭素原子一層からなるグラフェンが単離されて以来、13~16族元素の二次元物質の発見が相次いでいる。グラフェンの炭素原子をシリコン原子で置き換えたシリセンはその代表例であり、銀基板上で多様な座屈構造が観測されている。またホウ素の二次元シートであるボロフェンは三角格子と蜂の巣格子で構成され、基板金属によって格子構造が大きく変化する。これらの構造的特性から豊富な物性の発現が期待されるが、構造の候補が多数存在するため安定構造の理論的予測は一般に困難である。本研究課題では、進化的アルゴリズムとガウス過程回帰に基づく大域的構造探索手法を用いて効率的に二次元物質の最安定構造を決定し、物性の理論的解析を行う。
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| 研究成果の概要 |
機械学習に基づく構造探索手法GOFEEを用いて、実験的に決定困難な二次元物質や固体表面の非自明な構造を調べた。まずAg(111)表面上におけるシリセンの安定構造を決定し、これまで未解明であった低秩序相の起源を明らかにした。次にSr3Ti2O7表面上におけるPdクラスターの安定構造を決定し、酸化したPdクラスターが焼結や基板への固溶に強い優れた自動車排ガス触媒であることを実証した。またグラフェンナノリボンの端におけるPt原子の安定な吸着構造を決定し、酸素還元反応条件下において先行研究より安定なPtの吸着構造を見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、第一原理計算と機械学習に基づく構造探索手法を組み合わせることで、多様かつ非自明な構造を持つ二次元物質の安定構造を、実験結果からの推測を仮定することなく効率的に決定することができることを実証した。本研究で扱った二次元物質は、その特異な構造的・電子的特性により電子デバイスや触媒担体など様々な産業応用が期待されてきたが、未だほとんど実現していない。本研究の成果や、同様の手法で得られる二次元物質の安定構造の情報を活用することで、より効率的な電子デバイスや不均一触媒などの開発が可能になると期待できる。
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