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，为了明确活化Eu的配位结构与发射半峰宽之间的对应关系，我们从文献等中收集了具有一种Eu2+取代位点的30种已知Eu2+荧光体的实验发射半峰宽。。接下来，根据这些晶体结构数据，我们创建了一个由碱金属/碱土金属离子（Eu 的取代位点）及其第一个相邻配体组成的模型簇，我使用了取代 Eu 的配体。测定了Eu的各种能量，包括4f-5d跃迁能。我们研究了实验报道的Eu-4f和5d分子轨道能量分裂、晶体场分裂能和4f-5d跃迁能之间的相关性。结果，计算确定的各种能源结构与报告的发行半值宽度之间没有发现相关性。我们还研究了有效电荷和电子构型分量的相关性，这些分量是通过第一性原理计算获得的电子状态参数，但这里也没有发现相关性。这一结果与Eu2+荧光粉的发射半宽度取决于Eu周围的局域结构的经验知识不同，控制发射半宽度的因素不仅仅是局域结构，这表明与母晶之间的关系。结构和活化离子更为重要。因此，认为有必要研究不仅与配体的阴离子的相互作用，而且还与周围的阳离子和声子的相互作用。