局在量子構造に基づいた新しい材料機能創出技術の構築

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本総括班では,電子論に基づいた理論計算を永年に亘って行ってきた研究代表者の求心的なリーダーシップのもと,異なる基盤となる学問体系,所属分野や研究手法の異なった実験のエキスパートが集まり,局在量子構造の探求を通じた材料送製技術の構築という最終目標を目指してきたが,その結果,旧来の学問体系に横断的な形で共通の言語を獲得し,新しい材料開発のブレークするーに繋がるような新しい萌芽が幾つも確認できた.本領域を構成する5つの計画研究班と連携して,以下の3つに研究テーマを絞り,班の壁を越えて複合観点からの複合手法での研究を行った.【酸化物中のドーパントと空孔のつくる局在量子構造の研究】では,酸化物中の効果的なドーパントの探索には,本研究で開発した理論計算法が極めて有効であることが結論でき,これは新しい材料機能創出技術として応用可能であり,新しい材料開発において,第一原理計算による陽電子寿命計算法と陽電子寿命測定実験との組み合わせも,他の方法では得がたい重要な情報を与えるツールとなった.【X線吸収スペクトルおよび電子エネルギー損失分光による酸化物への微量ドーパントの局在量子構造の研究】では,ZANESとELNESを定量的に再現できる理論計算法手法を開発し,分光法を材料開発に応用するための大きなステップとなった.【酸化亜鉛界面のつくる高在量子構造の研究】では,第一原理計算と人工粒界を用いたモデル実験により,非直線電気特性を発現する量子構造は界面における原子配列の乱れではなく,界面に存在する点欠陥間の相互作用によって形成されることが示された.このように界面機能の本質となる界面局在量子構造の起源を明らかにした成果は,ZnOのみならず他のセラミック,半導体材料において高機能を有する界面の設計を行うための重要な指針となることが期待される.