研究課題/領域番号 |
21K04628
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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研究機関 | 岐阜大学 |
研究代表者 |
小野 頌太 岐阜大学, 工学部, 助教 (40646907)
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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 |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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キーワード | 第一原理計算 / 原子層 / 表面 / 最密充填 / 機械学習 / 規則合金 / 格子振動 / 結晶構造 / 準安定構造 / 魔法数 / 合金 / 安定構造 |
研究開始時の研究の概要 |
炭素の原子層であるグラフェンの合成が報告されて以来、様々な原子層の実験的合成が報告されているが、原子層状の金属の合成例は少ない。本研究では、これまでの研究代表者の理論を発展させることで「原子層合金の科学」を展開する。具体的には、第一原理計算に基づき原子層合金の結晶成長過程を理解し、大面積の原子層を得るためのパラメータを明らかにする。また、原子層合金と3次元合金の構造の相関関係を明らかにし、温度や組成比に依存する合金状態相図に隠れた未発見構造を予測する。本研究は、計算物質科学の未解決問題である合成可能性条件の解明につながる。
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研究実績の概要 |
第一原理計算を用いて2次元物質や表面における様々な安定構造が予測されているが、探索の自由度(元素の組合せ、組成、構造)が膨大であり、未だ研究されていない特異な構造が数多く存在する。本研究では、第一原理的手法に基づく網羅的な格子振動計算を実行することで、金属、規則合金、イオン性結晶が安定な2次元構造を持つことを明らかにしてきた。今年度は、表面系の特異な安定構造を探るため、「最密充填ではない金属表面」に注目した。具体的には、貴金属Cu, Ag, Auの(100)表面に異種原子X(希ガスを除くHからBiまで)が吸着したときに形成されるc(2x2)構造に注目し、原子Xの表面凹凸を第一原理計算に基づき計算した。その結果、(1)X=H, B, C, Nにおいては吸着原子が金属基板の下に大きく潜り込み、一方、原子半径のさらに小さな酸素やフッ素原子は表面にトラップされる現象を予測した。電荷密度解析を行うことで、後者は基板と吸着原子との電荷の授受に由来することを明らかにした。また、(2)原子半径、電気陰性度、族、周期、質量を考慮した機械学習モデルを用いることで、表面凹凸を高精度(正答率85%以上)の予測ができること示した。 その他、昨年度に実施した研究成果をまとめ、論文として発表した。具体的には、(1)B2型(CsCl型)化合物の動的安定性、(2)2次元イオン性結晶(IA-VIIアルカリハライド)の動的安定性、(3)第一原理計算とベイズ最適化を組合せた2次元Cu-Au合金の安定構造探索に関する研究成果を発表した。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
表面構造の自由度は膨大であり、網羅的に安定構造を計算することは極めて難しい。今年度に行なった研究では、貴金属のc(2x2)構造に対象を絞ることで、吸着原子Xが示す表面凹凸を網羅的に計算している。本成果は、非最密構造を持つ表面における特異な現象を明らかにするものである。
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今後の研究の推進方策 |
本研究では、非層状物質に対する2次元物質(金属、規則合金、イオン性結晶)や非最密構造の表面など、特異な系の構造物性を対象としている。最終年度は、研究対象を広げて、(1)非層状構造を持つペロブスカイト物質に対する2次元構造を研究し、その3次元構造との差異について議論する。また(2)非最密構造の表面をもつナノ構造に注目し、表面再構成が構造物性に与える影響について議論する。その他、(3)遷移金属ダイカルコゲナイドにおける多形構造に注目し、その安定性について議論する。
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