蛍石型酸化物における低温構造の探索

寻找萤石型氧化物的低温结构

基本信息

批准号：
21K04648
负责人：
小川貴史
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Japan Fine Ceramics Center
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

A2B2O7 (A = 希土類元素、B = Ti,Zr,Hf,Sn)等の欠陥蛍石型派生構造系における低温秩序構造の探索を実施し、得られる結晶相の熱的安定性や材料物性の解析を進めるため、関連する基礎手法の構築と適用検討を進めた。構造探索の手法としては、第一原理計算及びニューラルネットワークポテンシャル(NNP)とレプリカ交換モンテカルロ法(RXMC)を連携した構造配置探索のスキーム(abicsコード)を用いる。冷却速度を遅くした場合に秩序構造が出現することが実験的に確認されているYb-Ti-O系を対象とし、RXMCを用いた構造探索手法の計算環境の整備と適用検討を進め、計算条件を決定した。また、複数の蛍石型派生構造の間の安定性変化の計算可能性を調べるため、Dy2Zr2O7において高圧下で現れる構造の熱力学的安定性（構造相転移）の計算を実施した。具体的にはパイロクロア構造、cotunnite構造、ランダムなカチオン配置を有する欠陥蛍石型構造等の候補構造のエネルギーの圧力依存性から、これらの派生構造の間の熱力学的安定性の関係を明らかにした。構造探索より得られた蛍石型派生構造の材料物性解析のため、第一原理計算を学習データとして機械学習ポテンシャルを作成し、得られたポテンシャルを用いて酸化物イオン伝導の分子動力学シミュレーションを試みた。２種類のカチオンが固溶した蛍石型構造において、平均2乗変位及び拡散係数を求め、ボロノイマッピングに基づく欠陥挙動の解析を行った。また、同系における点欠陥形成エネルギーの計算と熱平衡点欠陥濃度解析を行った結果、カチオン固溶により点欠陥濃度が増加する実験的な傾向を再現することが示された。

我们研究了有缺陷的荧光素类衍生物结构（例如A2B2O7）（a =稀土元素，B = Ti，Zr，Hf，SN）中的低温有序结构，并进一步分析了所得晶体相和材料特性的热稳定性，我们进行了相关基本方法的构建和应用。作为结构搜索方法，将第一原理搜索方案（ABICS代码）与复制蒙特卡洛方法（RXMC）联系起来，将第一原理计算和结构布置搜索方案（ABICS代码）连接起来。开发并确定计算条件并确定计算条件时，已通过实验证实的YB-TI-O系统已通过实验证实出现。此外，为了研究多种氟型衍生物结构之间稳定性变化的计算可能性，进行了在DY2ZR2O7高压下出现的结构的热力学稳定性（结构相变）。具体而言，这些衍生结构之间的热力学稳定性的关系是从候选结构的能量的压力依赖性（例如辉石结构，鸡蛋岩结构和有缺陷的荧光岩结构）具有随机阳离子构型的。为了分析从结构搜索获得的氟型衍生物结构的材料特性，使用第一原理计算作为学习数据创建了机器学习电位，并使用获得的电位，我们试图模拟氧化离子离子传导的分子动力学。在溶解两种类型的阳离子的氟含石型结构中，确定了均方根位移和扩散系数，并根据Voronoi映射分析了缺陷行为。此外，在同一系统中的点缺陷形成能量的计算以及热平衡点缺陷浓度的分析表明，由于阳离子固体溶液引起的增加点缺陷浓度的实验趋势被复制。