第一原理分子動力学法によるペロブスカイト型酸化物中のプロトン伝導機構の研究

利用第一性原理分子动力学方法研究钙钛矿氧化物中的质子传导机制

• 批准号: 08229237
• 负责人: 下條 冬樹
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229237/
• 关键词: 高速イオン移動; 超イオン伝導; プロトン伝導; ペロブスカイト型酸化物; 第一原理分子動力学法; シミュレーション; 凝ポテンシャル; 理論

本研究では、ペロブスカイト型酸化物、特に、ScをドープしたSrTiO_3中のプロトン伝導現象を第一原理分子動力学法による計算機シミュレーションを用いて再現し、そのミクロな機構を調べた。プロトンは、常に近傍の0イオンと結合しており、絶えずストレッチング振動しているが、その振動数は、プロトンのサイトに依存することを明らかにした。本計算によると、Ti近傍にプロトンがあるときは、ストレッチング振動は約2800cm^<-1>の振動数を持つのに対して、Sc近傍では、約3000cm^<-1>の振動数になる。これは、赤外吸収の実験より得られている、ScをドープしたSrTiO_3中のOHのストレッチング振動が広い振動数領域に分布を持つことに対応する。つまり、実験的に得られている振動数が分布を持つことは、プロトンのサイトが2つ以上あることに起因することは以前から予想されていたが、本研究により、それは、Ti近傍にあるプロトンとSc近傍にあるプロトンが異なった振動モードを持つことに起因することが直接的に示唆された。このようなプロトンのサイトによる運動の仕方の違いは、電子の密度分布より説明される。Scをドープした結晶においては、Ti近傍では、Ti-O間へ電子がしみ出す傾向があり、これが、OHのやや低めの振動数を持つストレッチング振動をもたらすと考えられる。逆に、Sc近傍では、電子はScおよびOの傍へ局在する傾向があり、やや高めの振動数を持つストレッチング振動の要因になっていると考えられる。

在这项研究中，使用First-principles Molecular Dynamics重现了钙钛矿型氧化物中的质子传导现象，尤其是SC掺杂的SRTIO_3，研究了其微观力学。据揭示，质子不断与附近的零离子结合，并且正在不断拉伸振荡，但它们的频率取决于质子的位点。根据该计算，当Ti附近有质子时，拉伸振动的频率约为2800 cm^<-1>，而在SC附近，它的频率约为3000 cm^<-1>。这对应于以下事实：从红外吸收实验获得的SC掺杂SRTIO_3中OH的拉伸振动分布在较大的频率范围内。换句话说，一段时间以来，人们一直在实验获得的频率分布是由于以下事实是由于有多个质子位点，但是这项研究直接表明，这是由于Ti和SC附近的质子附近的质子具有不同的振动模式。质子根据位点移动的方式的差异是通过电子的密度分布来解释的。在SC掺杂的晶体中，电子倾向于渗入TI附近的Ti，这被认为导致振动的振动，其频率略低。相反，在SC附近，电子倾向于将其定位于SC和O，这被认为是伸展频率略高的振动的一个因素。

项目成果

宗尻修治: "Effective pair potential of expanded liquid rubidium obtained by the inverse method" Journal of Non-Crystalline Solids. 205/207. 278-281 (1996)

Shuji Muneshiri：“通过反演方法获得的膨胀液体铷的有效对势”，《非晶固体杂志》205/207（1996）。

下條冬樹: "First-principles molecular-dynamics simulation of expanded liquid rubidium : temperature dependence of electronic properties" Journal of Non-Crystalline Solids. 205/207. 893-896 (1996)

Fuyuki Shimojo：“膨胀液态铷的第一原理分子动力学模拟：电子特性的温度依赖性”《非晶固体杂志》205/207（1996）。

園田幸治: "Size and density dependence of the screening effect in metal clusters" Surface Review and Letters. 3・1. 329-334 (1996)

Koji Sonoda：“金属簇中屏蔽效应的尺寸和密度依赖性”Surface Review and Letters 3・1（1996）。

下條冬樹: "First-Principles Molecular-Dynamics Simulation of Proton Diffusion in Sc-Doped SrTiO_3" Journal of the Physical Society of Japan. 66・1. 8-10 (1997)

Fuyuki Shimojo：“Sc-Doped SrTiO_3 中质子扩散的第一原理分子动力学模拟”日本物理学会杂志 66・1（1997）。

下條冬樹: "First-principles molecular-dynamics simulation of liquid rubidium under high pressures" Physical Review B. 55・9. (1997)

Fuyuki Shimojo：“高压下液体铷的第一原理分子动力学模拟”物理评论 B. 55・9 (1997)。