局在量子構造探求のための研究基盤の体系化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12130204
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 足立 裕彦 京都大学, 工学研究科, 教授 (60029105)
• 研究分担者: 菅野 了次 東京工業大学, 総合理工学研究科, 教授 (90135426) ; 田中 功 京都大学, 工学研究科, 教授 (70183861) ; 高野 幹夫 京都大学, 化学研究所, 教授 (70068138) ; 吉田 朋子 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (90283415) ; 田中 克志 香川大学, 工学部, 助教授 (30236575)
• キーワード: 第一原理計算 / セラミックス / 酸化物 / 電子論 / 電子分光 / 格子欠陥 / 原子空孔 / 溶質元素

研究概要

本研究班では,局在量子構造の関与する複雑系についてのシミュレーションを行い,実験と密接な連携を行うことを目的としている.計算手法は主に平面波基底の第一原理擬ポテンシャル法を採用し,必要に応じて,原子軌導関数基底でのバンド計算を併用した.本年度としての成果を以下に箇条書きにする.
1)ZnOおよびMgO中のAlおよびGa溶質元素の存在状態を第一原理計算で予測したうえで,本グループにてppmオーダーの不純物添加系を系統的に作製し,陽イオン空孔と不純物との相互作用を阪大グループとの共同研究での陽電子寿命測定により直接的に検証した.このようなextrinsitc要因の陽イオン空孔の生成をppmレベルで直接検証したのは世界ではじめての成果である.
2)民間企業との共同研究でスピネル型LaCrO_3中のCr空孔の生成についての理論計算を行った.この結果は,酸化物固体燃料電池(SOFC)のセパレータの材料設計に有用である.
3)XANES/ELNES理論計算法を,米国ミズーリ大のChing教授らとの共同研究で確立し,酸化物系,窒化物系などで多くの応用例を示した.
4)ppmオーダーの不純物を添加したZnOおよびMgO系について,SPring8でのXANES実験を行い,超微量元素の定量的な状態分析技術を確立した.
5)新規リチウムイオン導電体の探索を,実験と理論計算の連携によって進めた。
これらは,すべて,特定領域の研究グループ間での密接な連携のもとに成り立っている.

研究成果

• [文献書誌] K.Tatsumi: "Atomic structure and bonding of b-and spinel Si_<6-z>Al_zO_zN_<8-z> by first principles calculations"Phys.Rev.B. 66. 165210-1-165210-8 (2002)
• [文献書誌] T.Kawakami: "Pressure-Induced Transition from a Charge-Disproportionated Antiferromagnetic State to a Charge-Uniform Ferromagnetic State in Sr_<2/3>La_<1/3>FeO_3"Phys.Rev.Lett.. 88. 037602-1-037602-4 (2002)
• [文献書誌] T.Yoshida: "In-situ luminescence and optical absorption measurements of siica in reactor core"J.Nuclear Materials. 307-311. 1268-1272 (2002)
• [文献書誌] K.Tanaka: "Shape memory characteristics in the L10-fcc order-disorder phase trahsformation of FePd"Phil.Mag.. 83. 1797-1806 (2003)
• [文献書誌] I.Tanaka: "Identification of ultradiluted dopants in ceramics"Nature Materials. 2. 541-545 (2003)
• [文献書誌] T.Mizoguchi: "Theoretical prediction of ELNES/XANES and chemical bondings of AIN polytypes"Micron. 34. 249-254 (2003)