機能性物質の第一原理計算による物質設計

使用功能材料第一性原理计算进行材料设计

基本信息

批准号：
02J84102
负责人：
石井史之
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

機能性物質として熱電変換材料、固体電解質型燃料電池、非鉛系圧電体の候補物質、関連物質について電子構造と物理量を第一原理から計算しその機能性発現のメカニズムについて解明し、より高性能な機能性物質の設計指針を得た。・CeRhAsとその関連物質の電子状態と熱電能、酸化物強相関系の電子状態昨年度と同様にスピン軌道相互作用を含んだFLAPW法を用いてCeRhAs,CeRhSb,CePtSn,CeNiSnについて電子状態計算をおこない、熱電能の違いのメカニズムについて研究を行った。特に、Ce 4fの部分状態密度をJz成分に分解することで、軌道の異方性と格子系の関係を示し、フェルミ準位近傍の電子状態と熱電能が構造にによってどう制御できるかを示し、この系列物質においてゼーベック係数を大きくする指針が得られた。また、CeRhIn,CeRhSnについても電子状態計算をおこなった。これらの結果は国際会議SRSES2003,日本物理学会にて発表を行い、JPSJの論文にまとめた。電子状態計算の結果は光電子分光の実験結果と比較をおこない、よい一致をしめした。また、酸化物系では金属-絶縁体転移を起こすTl_2Ru_2O_7の電子状態について光電子分光の実験と電子状態計算の結果を比較し、フェルミ準位近傍の電子状態と伝導性について新しい知見を得た。この結果は共同研究者によってPRBの論文にまとめられた。・超イオン導電体AgIとその関連物質の電子状態とイオン性超イオン導電体についてその基本的な電子状態を求め、さらにベリー位相の方法からイオン性を定量的に評価する有効電荷、局在長を求めた。有効電荷はAgIの構造の不安定性と巨大なイオン伝導率との関連を示唆し、今後さらに大きなイオン伝導率を持つ物質を探す指針を構築した、これらの結果は超イオン導電体物性研究会、日本物理学会にて発表した。・非鉛系圧電体Na_<0.5>Bi_<0.5>TiO_3(NBT)とPbTiO_3電子状態と有効電荷鉛を含まない圧電物質ついて基本的な電子状態と圧電機能の発現のメカニズムについて研究した。鉛を含むPbTiO_3の電子状態と比較をおこない、Biの持つ有効電荷の大きさから、他のBi系の誘電体でも大きな格子の不安定性を示すことが予測されることを示した。これは中国・四国・九州強誘電体セミナーにて招待講演を行った。また、PbTiO_3については共同研究者によってMRSで発表され、プロシーディングスにまとめられた。

我们从第一性原理出发，计算了热电转换材料、固体电解质燃料电池、无铅压电材料候选材料及相关材料等功能材料的电子结构和物理量，阐明其功能表达的机制，以实现更高的性能我们获得了功能物质的设计指南。・CeRhAs及相关材料的电子态和热电势、强相关氧化物体系的电子态与去年类似，我们使用包含自旋轨道相互作用的FLAPW方法对CeRhAs、CeRhSb、CePtSn和CeNiSn进行了电子态计算。热电势差异机理研究。特别是，通过将Ce 4f的部分态密度分解为Jz分量，我们展示了轨道各向异性与晶格系统之间的关系，并展示了如何通过结构控制费米能级附近的电子态和热电势，获得了增加该系列材料的塞贝克系数的指南。我们还对 CeRhIn 和 CeRhSn 进行了电子结构计算。这些结果在国际会议 SRSES2003 和日本物理学会上发表，并在 JPSJ 上的一篇论文中进行了总结。将电子结构计算结果与光电子能谱实验结果进行比较，显示出良好的一致性。此外，在氧化物体系中，我们对发生金属-绝缘体转变的Tl_2Ru_2O_7电子态进行了光电子能谱实验和电子态计算结果的比较，获得了关于费米能级附近电子态和电导率的新认识。联合研究人员在 PRB 论文中总结了结果。・测定超离子导体AgI及其相关物质的电子态以及离子超离子导体的基本电子态，并利用Berry相法定量评价所要求的离子度、有效电荷和局域长度。有效电荷表明AgI的结构不稳定性与其巨大的离子电导率之间存在关系，我们为未来寻找具有更高离子电导率的材料建立了指导方针。这些结果由超离子导体物理研究组发表，提出在日本物理学会。・无铅压电材料Na_<0.5>Bi_<0.5>TiO_3（NBT）和PbTiO_3的电子态和有效电荷我们研究了无铅压电材料的基本电子态和压电功能的表达机制。与含铅PbTiO_3的电子态进行比较，结果表明，由于Bi的有效电荷大，其他Bi基电介质预计会表现出较大的晶格不稳定性。这是中国/四国/九州铁电研讨会的受邀演讲。此外，一位联合研究人员在 MRS 上介绍了 PbTiO_3，并在会议记录中进行了总结。