K4炭素結晶の創生と新規物性発現

K4碳晶体的创造和新物理性能的开发

基本信息

批准号：
21656203
负责人：
阿尻雅文
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

トポロジーの研究に基づき結晶構造が予測されたが、現在までに誰も合成したことの無いK4炭素結晶の合成に挑戦した。本年度は、昨年度、計算科学により合成が示唆された金属ドープ系について、メカノケミストリーによる局所高圧化による合成を試みた。また、窒素系、ボロン系についても溶融金属中・超高圧系での結晶合成、金属トープK4炭素結晶の合成、非平衡プラズマ状態での合成の可能性評価を第一原理計算によるK4結晶安定性評価と並行して行った。さらに、数学の小谷教授、計算科学の川添教授とは、本研究について1年前から共同研究を進めており、本年度も研究を進めるにあたっても、情報交換を行った。具体的には、新たな合成法として、1.高温場溶融金属中合成、2.メカノケミストリー合成、3.高温高圧溶媒反応場合成を検討した。K4に特徴的な物性評価を行い(たとえば、吸収、蛍光スペクトル等)、解析手法にフィードバックした。この結果、アルカリ金属を添加した炭素をメカノケミカルな手法で処理したサンプルについて、既知の材料に帰属できない結晶回折パターンが見出され、詳細な検討を継続している。同様に、アルカリ土類金属を添加したBNについても、同様な成果が得られ、計算科学で予測した系が、新材料の創出に貢献できることを実証した。さらに、計算より、炭素原子がK4構造や既知の結晶構造以外にも、高圧領域で安定相を取りうることが分かり、計算を利用した新規構造材料設計・予測を推し進めた。

尽管晶体结构是根据拓扑研究预测的，但我们尝试合成了以前从未合成过的K4碳晶体。今年，我们尝试通过使用机械化学施加局部高压来合成金属掺杂系统，该系统去年被计算科学建议合成。此外，针对氮基和硼基体系，我们评估了熔融金属和超高压系统中晶体合成、金属顶K4碳晶体合成以及非平衡等离子体条件下合成的可行性，并评估了使用第一原理计算的 K4 晶体稳定性与评估同时进行。此外，去年我们一直与数学教授小谷教授和计算科学教授川添教授合作开展这项研究，今年我们在研究进展过程中继续交换信息。具体来说，我们研究了新的合成方法：1.高温现场熔融金属合成，2.机械化学合成，3.高温高压溶剂反应合成。评估 K4 的物理特性（例如吸收、荧光光谱等）并向分析方法提供反馈。结果，在通过机械化学处理掺杂有碱金属的碳制备的样品中发现了无法归属于已知材料的晶体衍射图案，详细研究仍在继续。同样，添加碱土金属的氮化硼也获得了类似的结果，这表明计算科学预测的系统可以有助于新材料的创造。此外，计算表明，除了K4结构和已知的晶体结构之外，碳原子还可以在高压区域形成稳定相，从而可以利用计算来设计和预测新的结构材料。