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2023 年度 実施状況報告書

シリカCristobalite構造の相転移抑制に関する第一原理計算

研究課題

研究課題/領域番号 22K04694
研究機関東北大学

研究代表者

陳 迎  東北大学, 工学研究科, 教授 (40372403)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードSiO2 / Cristobalite / 第一原理 / 相転移抑制 / 局所エネルギー
研究実績の概要

本研究は、第一原理計算に基づいて、EBC酸化保護膜として有望な結晶性SiO2の要素であるCristobalite構造に着目して、Cristobalite構造のβ-α相転移を抑制する指針が得ることが目的とした。研究の2年目には、Cristobalite 関連相に対する窒素dopingを中心として計算を行い、主な結果か以下になる。
(1)β-Cristobalite、α-Cristobaliteとα-QuartのSupercellにsingle N, pair N2、single N-O vacancyのクラスターの数種類の配置に対して形成エネルギーを計算した。pair N2の置換で、Si-N-N-Si-O のRing を形成するβ-Cristobalite 構造が他の構造より明らかに体積が小さくなり安定化することが分かった。Si-Nバンドへの電荷移動は系を安定化する要因とみられる。
(2)窒素dopingの数種類の配置に対して、電子密度、電荷分布、dopingにより各原子の局所エネルギーの解析を行い、N2 ringの配置のdopingにより、β-Cristobalite相がほかの相よりN-N pair bond lengthが短く、N原子平均局所エネルギーが低く、安定されたことが分かった。
(3)軽元素B, Cのdopingの基礎計算を行った。Single B-dopingはβ-Cristobaliteの安定性に及ぼす影響が小さい結果を得た。Single C-dopingしたβ-Cristobalite系の形成エネルギーをα-Cristobalite系により0.001eV/atom低くなり、C-dopingの効果をより高精度で検証する必要があることが分かった。

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

計画通りで2年目に電子構造計算によりCristobaliteの関連相へのN-doping効果の解析を行い、N-dopingによる局所変位、局所エネルギー密度、局所応力密度を調べた。軽元素B, Cのdopingの有限温度安定性の計算が少し遅れている。

今後の研究の推進方策

研究の3年目の研究計画:
(1)N-cluster doping、他の軽元素 (B.C)-dopingを基礎解析、zeroK安定性の解析
(2)各種類のdopingに対して、Bader解析によりEFL (electron local function)分布の計算、Lobster codeにより、COHP (crystal orbital Hamilton population)の計算を行い、窒素dopingによる原子間結合強度の変化を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

R4年度に出席予定だった国際会議TOFA2022の現地出席ができなかったので、2年間1度の開催で次回のTOFA2024に出席することを想定して、2023年度に国際会議旅費が未使用になった。まだ、招聘予定の無機材料の結晶構造Data HandbookのEditor-in-chiefのDr.Pierre Villars先生(スイス)は健康状況によって来日をキャンセルしたため、招聘旅費も未使用になった。次年度には積極的に研究成果発表するための学会参加、研究協力者との研究交流に使用する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件)

  • [雑誌論文] Screw dislocation core interaction with C or Nb in gamma-TiAl: A multiscale study2024

    • 著者名/発表者名
      Jinkai Wang, Tianlun Tan, Junchao Li, Ying Chen, Hao Wang
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 26 ページ: 119647 (11pp)

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2023.119647

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atomic sizes of Cu and Au in Cu-Au solid solution and the lattice relaxation effects on disorder-Cu3Au phase equilibria2024

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Mohri, Ying Chen, Toshiaki Horiuchi
    • 雑誌名

      Comp. Mat. Sci.

      巻: 235 ページ: 112772 (6pp)

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2023.112772

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on the anharmonic interaction in negative thermal expansion compounds Ag2O and Cu2O by three-phonon scattering2024

    • 著者名/発表者名
      Lei Wang, Ya-Ning Sun, Ying Chen, Cong Wang
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 128 ページ: 1534-1545

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c07694

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthetic first-principles studies from phase equilibria to microstructural formation in the Fe-Pt L10 phase2023

    • 著者名/発表者名
      M. Ohno, Y. Chen, Y. Chinda,† and T. Mohri
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 107 ページ: 174111 (8pp)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.174111

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The uniaxial zero thermal expansion and zero linear compressibility in distorted Prussian blue analogue RbCuCo(CN)62023

    • 著者名/発表者名
      Lei Wang, Ya-Ning Sun, Xian-Deng, Wei, Meng Yin, Ying Chen, Hideo Miura, Ken Suzuki, Cong Wang
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 25 ページ: 32845-32852

    • DOI

      10.1039/d3cp04563c

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An accurate interatomic potential for the TiAlNb ternary alloy developed by deep neural network learning method2023

    • 著者名/発表者名
      Jiajun Lu, Jinkai Wang, Kaiwei Wan, Ying Chen, Hao Wang, Xinghua Shi
    • 雑誌名

      ", J. Chem. Phys.

      巻: 158 ページ: 204702 (10pp)

    • DOI

      10.1063/5.0147720

    • 査読あり / 国際共著

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公開日: 2024-12-25  

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