| 研究課題/領域番号 |
15K05984
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| 研究機関 | 大阪教育大学 |
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研究代表者 |
串田 一雅 大阪教育大学, 教育学部, 准教授 (80372639)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | リチウム化合物 / 電子状態 / メモリスタ材料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は平成２７年度から２９年度までの３ヵ年にわたって行われる。そして、申請者は本研究において、リチウムイオン二次電池の技術を応用し、金属的な価電子帯構造を有するLi7MnN4を構成材料としてメモリスタを試作することを目指す。すなわち、リチウムイオンの挿入・脱離にともなう可逆的な電子構造変化（価電子帯が金属的～半導体的電子配置）を利用し、Li7MnN4の電気抵抗が制御できることを実証することを目指している。
具体的には、【１】Li7MnN4およびリチウムを漸次脱離させたLi7-δMnN4について、DV-Xα法、lapw+lo法(Wien2k)、DFT法(SIESTA)を用いて電子状態計算を行うこと、【２】メモリスタ構造を実際に作成すること、さらには【３】作成したメモリスタ構造において、リチウムを挿入・脱離させた前後で電気抵抗が有意に変化することを実験的に明らかにすることを目的としている。
初年度である平成２７年度において、申請者は、上記【１】の計画の実現を目指し、研究を行った。以下に研究実績の概要を述べる。
DV-Xα法を用いて、Li7MnN4から漸次リチウムイオンを引き抜いたモデルであるLi7-δMnN4について電子状態を計算した。計算結果は、Li7-δMnN4のフェルミ準位が確かに移動し、フェルミ準位近傍の電子密度が低下する傾向を示した。次に、lapw+lo法(Wien2k)およびDFT法(SIESTA)を用いて、Li7MnN4およびLi7-δMnN4の電子状態計算を行ったところ、これら後二者の手法による計算によっても同様の結果が得られた。なお、フォノン解析およびバリスティック電子輸送特性については、ソフトウェアにその解析機能が付属していなかったため、今年度は行うことが出来なかった。そのため、次年度の予算にてこれらの解析機能を整備する予定である。
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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
初年度である平成２７年度において、当初予定していた計画（DV-Xα法、lapw+lo法(Wien2k)およびDFT法(SIESTA)を用い、Li7MnN4およびLi7-δMnN4について電子状態を計算し、加えて、フォノン解析およびバリスティック電子輸送特性についてのシミュレーションも行う）のうち、フォノン解析およびバリスティック電子輸送特性を除く全てのシミュレーション結果を得ている。そのため、申請者は、研究計画はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
二年目にあたる平成２８年度では、当初予定していた計画（メモリスタ構造の作成）に加えて、初年度（平成２７年度）に行うことが出来なかったLi7MnN4およびLi7-δMnN4のフォノン解析およびバリスティック電子輸送特性についてのシミュレーションも行う予定である。この追加のシミュレーション結果は、メモリスタ構造の性能を決定付けるパラメターを考慮する上で参考となるものである。したがって、これを行わないままメモリスタ構造の試作に移行することは出来ない。そのため、平成２８年度も引き続き、Li7MnN4およびLi7-δMnN4の電子状態のシミュレーションを行う。なお、この電子状態のシミュレーションのために１４コアＣＰＵを２台搭載したワークステーションを調達し、初年度で得られた計算結果を検証するとともに、より詳細なシミュレーションを行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度（平成27年度）、申請者は、当初の研究実施計画に基づきLi7MnN4の1×1×1格子にLi原子空孔を導入したモデルに対して電子状態計算を行った。しかし、これは、全リチウム原子の20%以上を空孔とするモデルである点で現実的とはいえない。そこで、当該物質につき10%以下のLi原子空孔を導入したモデルに対しても同様の計算を行う必要がある。すなわち、より大きなLi7MnN4格子（例えば2×2×2格子）に大して、「リチウム原子空孔の量・分布と電子状態の相関」を明らかにする必要がある。
ところが、これは現有の4コアCPU計算機の性能を超えるため、次年度（平成28年度）に新たに28コアCPUワークステーションを購入する必要が生じた。この必要が生じた時点で、初年度の残額を、28コアCPUワークステーション購入の一部に充当するべく、次年度使用額とした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
物品費にて購入する品目として、28コアCPUワークステーション（コンカレントシステムズ社製、TS3D-E514(24)L-120a/DP/M1280 価格：891,324円）を追記する。次年度使用額となった285,380円はこの28コアCPUワークステーション購入費用の一部となる。
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