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強相関酸水素化物における新しい水素機能の第一原理的解析

公募研究

研究領域ハイドロジェノミクス:高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成
研究課題/領域番号 19H05058
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

越智 正之  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (10734353)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード第一原理計算 / 水素 / 遷移金属酸化物 / 超伝導 / 水素化合物 / 酸水素化物
研究開始時の研究の概要

水素は様々な側面を有することが知られているが、本研究では酸水素化物における水素機能に注目する。酸水素化物は、その物性機能の多様性から永らく注目されてきた酸化物において、酸素の一部が水素に置換されたものである。新奇高機能物性を示しうる物質系として注目され始めているものの、現状ではその研究事例は少なく、たとえば酸素サイトにおいて水素の示す特異な性質に関する理解は必ずしも進んでいない。本研究は特に、強相関酸水素化物の電子状態、特にそこでの水素機能を、第一原理計算およびそれに基づいた理論手法を用いて明らかにすることを目指す。

研究実績の概要

本年度も引き続き、固体中での水素の果たす役割について、第一原理電子状態計算を用いて調べた。対象物質は昨年度までと同様、電子相関効果の強いことで知られる遷移金属酸化物、およびその酸素の一部が水素で置換された遷移金属酸水素化物であり、そうした強相関固体における水素の役割を明らかにすることを目指した。当該新学術領域内において共同研究を行い、スピン軌道相互作用に起因したモット絶縁体として知られるSr2IrO4に水素ドーピングの効果を調べた。本物質は強電子相関効果と銅酸化物超伝導体との電子状態に関する類似性から、超伝導の発現が期待され精力的に研究が行われているが、キャリアドーピングが課題となっていた。新学術領域内において、水素イオンビームを打ち込むことでキャリアドーピングに成功した実験成果を受けて、我々は電子状態計算によって、Sr2IrO4中の不純物水素がどのサイトに存在しやすいか、またその不純物形成エネルギーを調べた。その結果、元々存在していた酸素欠損サイトを埋めるように水素が入りやすいことや、他のinterstitialサイトにも存在しやすいことも明らかになった。他にも、BaCrO2Hにおいて酸素ではなく水素というアニオンが存在することによって、磁気的性質が酸化物から大きく変化するということを、第一原理バンド計算およびその後の制限乱雑位相近似に基づく相互作用評価によって明らかにした。こちらも実験との共同研究である。また昨年度の研究内容に関する学会発表も行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 7件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Strain-Assisted Topochemical Synthesis of La-Doped SrVO<sub>2</sub>H Films2021

    • 著者名/発表者名
      Takatsu Hiroshi、Ochi Masayuki、Namba Morito、Li Haobo、Daniel Aurelien、Terashima Takahito、Kuroki Kazuhiko、Kageyama Hiroshi
    • 雑誌名

      Crystal Growth &amp; Design

      巻: 21 号: 7 ページ: 3779-3785

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.1c00098

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced Magnetic Interaction by Face-Shared Hydride Anions in 6H-BaCrO<sub>2</sub>H2021

    • 著者名/発表者名
      Higashi Kentaro、Ochi Masayuki、Nambu Yusuke、Yamamoto Takafumi、Murakami Taito、Yamashina Naoya、Tassel Cedric、Matsumoto Yuki、Takatsu Hiroshi、Brown Craig M.、Kageyama Hiroshi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 60 号: 16 ページ: 11957-11963

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.1c00992

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Heavy carrier doping by hydrogen in the spin-orbit coupled Mott insulator Sr2IrO42021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Y.、Lim G.、Maruyama T.、Chikamatsu A.、Hasegawa T.、Ogino H.、Ozawa T.、Wilde M.、Fukutani K.、Terashima T.、Ochi M.、Kuroki K.、Kitagawa H.、Maesato M.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 号: 4 ページ: 41111-41111

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.l041111

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Pressure and High-Temperature Synthesis of Anion-Disordered Vanadium Perovskite Oxyhydrides2021

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Kazumasa、Ochi Masayuki、Nishikubo Takumi、Suzuki Jinya、Saito Takashi、Kamiyama Takashi、Kuroki Kazuhiko、Yamamoto Takafumi、Azuma Masaki
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 60 号: 20 ページ: 15751-15758

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.1c02399

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Designing nickelate superconductors with d8 configuration exploiting mixed-anion strategy2020

    • 著者名/発表者名
      Kitamine Naoya、Ochi Masayuki、Kuroki Kazuhiko
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.042032

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantifying the stability of the anion ordering in SrVO2H2020

    • 著者名/発表者名
      Ochi Masayuki、Kuroki Kazuhiko
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 13

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.134108

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ペロブスカイト酸化物のアニオン制御と電子物性2020

    • 著者名/発表者名
      荻野 拓、越智 正之、陰山 洋
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 89 ページ: 573-579

    • NAID

      130007925009

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 水素イオンビーム照射を用いたLa置換Sr2IrO4に対する電子ドーピング2022

    • 著者名/発表者名
      山下裕太, 前里光彦, GyeongCheol Lim, 近松彰, 長谷川哲也, 小澤孝拓, Markus Wilde, 福谷克之, 北川宏, 越智正之
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 遷移金属酸水素化物の第一原理的研究2021

    • 著者名/発表者名
      越智 正之
    • 学会等名
      第5回固体化学フォーラム研究会(SSCF5)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 遷移金属酸水素化物の電子状態に関する理論研究2021

    • 著者名/発表者名
      越智 正之
    • 学会等名
      第11回 酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] First-principles study on transition metal oxyhydrides: stability of anion ordering and possible unconventional superconductivity2021

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochi, Naoya Kitamine, and Kazuhiko Kuroki
    • 学会等名
      International Conference on Mixed-Anion Compounds
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantifying the stability of the anion ordering in SrVO2H2021

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Possible incipient-band-induced unconventional superconductivity in nickelates with large crystal field splitting2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Kuroki, Naoya Kitamine, and Masayuki Ochi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複合アニオン系ニッケル化合物における圧力印加による非従来型超伝導の可能性2021

    • 著者名/発表者名
      北峯尚也, 越智正之, 黒木和彦
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 複合アニオン化合物の物質機能の第一原理的研究2021

    • 著者名/発表者名
      越智正之
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 複合アニオン化合物における理論物質設計の試み2021

    • 著者名/発表者名
      越智正之
    • 学会等名
      第12回複合アニオン ウェブセミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical design of high-performance thermoelectric materials and unconventional superconductors using first-principles calculations2020

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochi
    • 学会等名
      37th CMD Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 遷移金属酸水素化物の電子状態:第一原理計算に基づく結晶構造の解析および非従来型超伝導体の提案2020

    • 著者名/発表者名
      越智 正之
    • 学会等名
      第3回ハイドロジェノミクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] バナジウム酸水素化物の電子状態2020

    • 著者名/発表者名
      越智 正之
    • 学会等名
      第九回「凝縮系理論の最前線」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effective Coulomb interaction in strontium vanadium oxyhydrides evaluated by the constrained random-phase approximation2020

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochi, Kazuhiko Kuroki
    • 学会等名
      1st International Symposium “Hydrogenomics” combined with 14th International Symposium Hydrogen & Energy
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複合アニオン系Ruddlesden-Popper型化合物における多軌道性に起因する非従来型超伝導の可能性”2020

    • 著者名/発表者名
      北峯尚也, 越智正之, 黒木和彦
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算に基づく複合アニオン化合物の物質機能の探索2020

    • 著者名/発表者名
      越智正之
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会(2020年)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 2層Ruddlesden-Popper型酸水素化物における非従来型超伝導の発現可能性に関する理論的探究2020

    • 著者名/発表者名
      北峯尚也, 越智正之, 黒木和彦
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会(2020年)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Effective Coulomb interaction in strontium oxyhydrides evaluated by the constrained random-phase approximation2019

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochi
    • 学会等名
      5th Japan-Korea Joint Symposium on Hydrogen in Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effective interaction for vanadium oxyhydrides Srn+1VnO2n+1Hn (n=1 and infty): A constrained-RPA study2019

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochi, Kazuhiko Kuroki
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-12-28  

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