第一原理多電子計算と機械学習を用いた蛍光体の狭帯域発光と局所構造の関係の解明

利用第一原理多电子计算和机器学习阐明窄带发射与荧光粉局部结构之间的关系

基本信息

批准号：
21K14408
负责人：
竹村翔太
金额：
$ 3万
依托单位：
Kwansei Gakuin University (2022)National Institute for Materials Science (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

まず、賦活されたEuの配位構造と発光半値幅の対応を明確にするため、Eu2+の置換サイトが1種類である既知Eu2+蛍光体30個について、文献等から実験的な発光半値幅の収集を行った。次に、それらの結晶構造データから、Euの置換サイトとなるアルカリ・アルカリ土類金属イオンを中心として、その第一近接配位子からなるモデルクラスターを作成し、計算には、中心金属イオンをEuに置き換えたものを使用した。相対論効果を考慮できる相対論DV-Xα分子軌道法および多電子系の取り扱いが可能な第一原理配置間相互作用計算プログラムである相対論Discrete Variational Multi Electron(DVME)法を用いて、Euの4f-5d遷移エネルギーをはじめとする種々のエネルギーを求めた。求めたEu-4fおよび5d分子軌道エネルギーの分裂、結晶場分裂エネルギー、4f-5d遷移エネルギーについて、実験的に報告されている4f-5d遷移エネルギーとの相関を調べた。その結果、計算によって求められた種々のエネルギー構造と報告されている発行半値幅に相関は見られなかった。さらに第一原理計算から得られる電子状態パラメータである有効電荷や電子配置の成分との相関も調べたが、こちらも相関が見られなかった。これは、経験的に知られているEu2+蛍光体の発光半値幅はEu周りの局所構造に依存するという知見と異なる結果であり、発光半値幅を支配している因子は局所構造だけでなく、母体となる結晶構造と賦活イオンとの関係がより重要であることを示している。そのため配位子のアニオンだけでなく周囲のカチオンやフォノンなどとの相互作用を調査する必要があると考えられる。

首先，为了阐明激活的欧盟的配位结构与半最大发射宽度之间的对应关系，从文献中进行了半量最大发射宽度的实验收集，也是针对30种已知的EU2+磷酸盐的，具有EU2+替换位点。接下来，从这些晶体结构数据中，创建了由第一个相邻配体组成的模型簇，以碱性碱性土金属离子为中心，这些金属离子用作欧盟的取代位置，并使用由欧盟代替的中央金属离子进行计算。使用相对论DV-Xα分子轨道方法计算了各种能量，包括欧盟的4F-5D过渡能，该方法允许使用相对论效应，以及离散的变量多电子（DVME）方法，该方法是一种首先使用的构建互动程序，可用于使用多电气系统的构建互动程序。研究了EU-4F的分裂，晶体场分裂能量与4F-5D转变能与实验报告的4F-5D转变能的4F-5D转变能之间的相关性。结果，通过计算确定的各种能量结构与已报道的发行值的半价值宽度之间没有发现相关性。此外，我们还研究了电子状态参数之间的相关性，这些参数是有效电荷和电子构型的组件，这些电荷是从第一原理计算中获得的，但在这里也找不到相关性。这与经验已知的发现不同的结果是，EU2+磷剂的发射值的半XM X最大宽度取决于欧盟周围的局部结构，表明管理最大宽度宽度的因素更重要，不仅是局部结构，而且是基础晶体结构与活性离子之间的关系。因此，人们认为不仅有必要研究配体的阴离子，而且还必须与周围的阳离子和声子进行相互作用。