セラミックス基ナノ構造体の電子機能制御:量子・古典並列分子動力学計算

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本研究の目的は、セラミックス基ナノ構造体における新しい電子機能の発現について、その物性解析に対する量子・古典分子動力学シミュレーションの実践的適用である。本年度に遂行を計画した課題は:(1)タイトバインディング法および分子動力学法に基づくナノ構造セラミックスにおける原子・電子輸送係数の計算;(2)第一原理計算コードの整備とタイトバインディング(TB)分子動力学(MD)計算用のパラメータ抽出方法検討;および(3)それらの成果発表であった。計画(1):高温・高圧下でのSiCやTiO_2のナノ微粒子間のネック形成・焼結のシミュレーションを実施(雑誌論文1、2、3、5番目参照)。また、古典MD計算や中性子散乱実験データと比較し、粒界イオン拡散の温度依存性について、その微視的なメカニズムを解明した(雑誌論文1、5番目参照)。また、微粒子間粒界での電子移動度についてのTB計算も行い、セラミックス対応粒界において電子移動度が増大する可能性を提唱した(雑誌諭文1番目参照)。また、これらのシミュレーションにおいて、微粒子がそれぞれの結晶方位を自己組織形成的に揃え合う現象を見い出し、高緻密化と機能性制御へ向けた重要な知見を得た(雑誌諭文2、5番目参照)。計画(2):昨年試みた平面波基底計算からのTBパラメータ抽出に続き、第一原理LMTO計算法からの抽出法と精度についての検討を行った。計画(3):上記成果を国内外の学会で報告した。(日本物理学会・日本金属学会・日本セラミックス協会の各秋期大会、日本MRS学術シンポジウム)特に日本物理学会秋期分科会において、大規模シミュレーションに関するシンポジウム招待講演を行い、本研究の遂行状況と他の手法等の現状を解説した。また、日本MRSのシンポジウム「多粒子集合体の組織形成ダイナミックス」を組織・開催し、当該研究に関連する分野の多くの研究者間の交流をはかった。また、3月末に開かれる日本セラミックス協会の春期大会でも、当該研究の成果発表を行った。