固体中の原子変位に関する電子論の構築と反強誘電体合成への応用

研究実施計画では、今年度は第一原理計算に基づく研究に並行して実験的研究を行い、翌年度の実験的研究に移行していく予定であった。しかし、翌年度の交付申請辞退が確定したため今年度の実験的研究を取り止め、第一原理計算に重点を置いて研究を遂行した。前年度までの主な成果として、・波数qの値によらず、固体中の原子変位を電子状態の混成により説明付ける枠組みを構築した・酸化レニウム型の化合物に対して理論を適用し、これまで幾何的な要因で生じると考えられてきた酸素八面体回転が、共有結合により駆動されることを示したの2点が挙げられる。今年度は、より複雑な組成を持つペロブスカイト化合物ABX3を対象に選び、構築した手法の検証を試みた。以下では特にCaTiO3とNaTaO3に対して得られた結果を述べる。これら２つの化合物はほぼ同じ許容因子を持つ一方で、温度変化による変位型構造相転移の挙動が異なる。この差異はこれまで明確に説明されてこなかった。本研究では、B-Xの共有結合が擬Jahn-Teller効果によりこれらの変位を誘起することを確認した上で、Crystal Orbital Hamiltonian Population (COHP)の計算を行い、B-X共有結合の大きさの違いが相転移の挙動に影響を与えることを突き止めた。また、従来支配的であると考えられてきたA-X相互作用による寄与と、B-X共有結合による寄与を分離し、両者を個別に定量的に評価することにも成功した。本研究で提案した手法は、広い物質群に対して適用でき、また従来とは全く異なる観点から固体中の原子変位に関して知見を与えてくれることがわかった。得られた成果は原著論文としてまとめ、アメリカ物理学会の英文誌である「Physical Review Letters」に掲載されている。

研究実施計画では、今年度は第一原理計算に基づく研究に並行して実験的研究を行い、翌年度の実験的研究に移行していく予定であった。しかし、翌年度の交付申請辞退が確定したため今年度の実験的研究を取り止め、第一原理計算に重点を置いて研究を遂行した。前年度までの主な成果として、・波数qの値によらず、固体中の原子変位を電子状態の混成により説明付ける枠組みを構築した・酸化レニウム型の化合物に対して理論を適用し、これまで幾何的な要因で生じると考えられてきた酸素八面体回転が、共有結合により駆動されることを示したの2点が挙げられる。今年度は、より複雑な組成を持つペロブスカイト化合物ABX3を対象に選び、構築した手法の検証を試みた。以下では特にCaTiO3とNaTaO3に対して得られた結果を述べる。これら２つの化合物はほぼ同じ許容因子を持つ一方で、温度変化による変位型構造相転移の挙動が異なる。この差異はこれまで明確に説明されてこなかった。本研究では、B-Xの共有結合が擬Jahn-Teller効果によりこれらの変位を誘起することを確認した上で、Crystal Orbital Hamiltonian Population (COHP)の計算を行い、B-X共有結合の大きさの違いが相転移の挙動に影響を与えることを突き止めた。また、従来支配的であると考えられてきたA-X相互作用による寄与と、B-X共有結合による寄与を分離し、両者を個別に定量的に評価することにも成功した。本研究で提案した手法は、広い物質群に対して適用でき、また従来とは全く異なる観点から固体中の原子変位に関して知見を与えてくれることがわかった。得られた成果は原著論文としてまとめ、アメリカ物理学会の英文誌である「Physical Review Letters」に掲載されている。