| 研究概要 |
酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と情報科学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法の開発を進めた.このような計算と従来の実験からのアプローチが決定的に異なるのは,第一原理計算法を適用するためには,まず原子配列を精確に知ったうえでエネルギーを算出する必要がある点である.これは換言すれば,欠陥構造とエネルギーが同時に評価できることになる.統計的処理は,任意の温度,圧力,化学ポテンシャルのアンサンブルのもとで行うことができる.これは上述の相関性を解明する上で極めて好都合である.この手法を用いて様々なノンストイキオメトリ酸化物について具体的な計算が可能となる.
本年度は,2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物についての系統的な検討を行った.原子配置とエネルギー,機能の一般的な相関性を解明するために,クラスター展開法などの統計力学手法を開発すると同時に,LDA+U法やハイブリッド法による交換相関相互作用の取り扱いも開拓した.このような手法に基づいて,2元系金属酸化物中の酸素空孔について系統的な計算を行い,空孔の形成エネルギーや空孔準位と結晶構造,カチオン種などの相関について考察した.また,チタン酸ストロンチウムを始めとした様々なペロブスカイト酸化物について,ノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した.
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