第一原理計算と分子動力学計算による強誘電体の焦電効果と電気熱量効果の最適化

• 研究課題/領域番号: 25400314
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西松 毅 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70323095)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 強誘電体 / 分子動力学シミュレーション / チタン酸バリウム / 固体冷却素子 / 欠陥 / 分極 / 弾性熱量効果 / チタン酸鉛 / 分子動力学シミュレーショ ン / 焦電効果 / 電気熱量効果

研究成果の概要

研究代表者の西松が開発しているferamプログラム（フリーソフトウェアとして　http://loto.sourceforge.net/feram/ で配布）は，第一原理計算により得られた有効ハミルトニアンに基づく分子動力学計算を行う．
feramプログラムの改良により，強誘電体の電気熱量効果の直接的なシミュレートが可能になった．さらに，弾性熱量効果の直接的なシミュレーションも可能になった．

研究成果

• [国際共同研究] デュースブルク＝エッセン大学(ドイツ)
• [国際共同研究] チューリッヒ工科大学(スイス)
• [雑誌論文] First principles-based calculation of the electrocaloric effect in BaTiO3: comparison between direct and indirect methods (2016)
  • 著者名/発表者名: Madhura Marathe, Anna Gruenebohm, Takeshi Nishimatsu, Peter Entel and Claude Ederer
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 5 ページ: 054110-054110
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.054110
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of defects on ferroelectric and electrocaloric properties of BaTiO3 (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Grunebohm and T. Nishimatsu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 13 ページ: 134101-134101
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.134101
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elastocaloric Response of PbTiO3 Predicted from a First-Principles Effective Hamiltonian (2015)
  • 著者名/発表者名: Jordan A. Barr, S. P. Beckman and Takeshi Nishimatsu
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 2 ページ: 024716-024716
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.024716
  • NAID: 210000133445
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct molecular dynamics simulation of electrocaloric effect in BaTiO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu, Jordan A. Barr and S. P. Beckman
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 号: 11 ページ: 114605-114605
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.114605
  • NAID: 210000132829
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroelectric domains and diffuse transitions in ultrathin films of PbTiO3: Effects of strain and electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Summayya Kouser, Takeshi Nishimatsu and Umesh V. Waghmare
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 号: 6 ページ: 124702-124702
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.064102
  • 査読あり
• [学会発表] 電荷のランダムネスを取り入れたリラクサーの分子動力学シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 西松毅, Umesh V. Waghmare, 久保百司
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 強誘電体薄膜キャパシタのヒステリシスループの温度・膜厚・電極依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西松毅, Umesh V. Waghmare, 久保百司
  • 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
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 強誘電体薄膜キャパシタの分子動力学シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 西松毅, Umesh V. Waghmare, 久保百司
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of electrocaloric and elastocaloric effects in ferroelectrics (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: 2015 EMN SPAIN MEETING
  • 発表場所: NH Collection Aranzazu, San Sebastian, Spain,
  • 年月日: 2015-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 強誘電体の熱伝導の分子動力学シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 西松毅, Umesh V. Waghmare
  • 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
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 強誘電体の電気熱量効果のマテリアルデザイン (2015)
  • 著者名/発表者名: 西松毅
  • 学会等名: 大阪大学・未来研究イニシアティブ・グループ｢計算機ナノマテリアルデザイン新元素戦略｣
  • 発表場所: 国際高等研究所（京都府木津川市）
  • 年月日: 2015-03-13 – 2015-03-14
• [学会発表] Direct molecular dynamics simulation of thermal conductivity in ferroelectrics (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: Joint International Workshop of WFF&WFSM
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-03-06 – 2015-03-08
  • 招待講演
• [学会発表] Direct molecular dynamics simulation of thermal conductivity in ferroelectrics (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: Fundamental Physics of Ferroelectrics and Related Materials Workshop 2015
  • 発表場所: 米国テネシー州ノックスビル
  • 年月日: 2015-01-25 – 2015-01-28
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of caloric effects in ferroelectrics (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: KJ-Ceramics 31
  • 発表場所: 韓国 昌原（チャンウォン）市
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] 強誘電体の電気熱量効果と弾性熱量効果の分子動力学シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 西松毅
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第２７回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] 強誘電体PbTiO3の弾性熱量効果の分子動力学シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 西松毅，Jordan A. Barr，Scott P. Beckman
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 分極した点欠陥による強誘電体の相転移の制御の分子動力学シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 西松毅，Anna Grünebohm，Pentel Entel
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of domain motions in ferroelectrics (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2014
  • 発表場所: 福岡大学
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [学会発表] Tutorial of feram: a molecular dynamics simulator for ferroelectrics (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2014
  • 発表場所: 福岡大学
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
  • 招待講演
• [学会発表] Simulation of electrocaloric materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: [SPP 1599 FerroicCooling] SPP convention
  • 発表場所: Schloss Schney, Lichtenfels, ドイツ
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular-dynamics Simulation of Magnetocaloric Effect (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishimatsu
  • 学会等名: MRS Spring Meeting 2013
  • 発表場所: 米国カルフォルニア州サンフランシスコ
• [学会発表] 第一原理有効ハミルトニアンにもとづいた強誘電体の分子動力学計算の最近の発展 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西松毅
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第２６回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 信州大学
  • 招待講演
• [学会発表] 強誘電体のドメイン構造の高速分子動力学シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 西松毅
  • 学会等名: [MRS-J] 第23回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演
• [学会発表] 磁気双極子ナノ粒子の高速分子動力学シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 西松毅
  • 学会等名: [MRS-J] 第23回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜
• [備考] feram: 強誘電体の高速分子動力学シミュレーション
  • URL: http://loto.sourceforge.net/feram/
• [備考] feram: 強誘電体の高速分子動力学シミュレーション
  • URL: http://loto.sourceforge.net/feram/