第一原理解析に基づく強誘電体表面・界面の微視的構造ならびにひずみ誘起特性評価

基于第一性原理分析的铁电表面和界面的微观结构和应变诱导特性评估

• 批准号: 08J02945
• 负责人: 嶋田 隆広
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J02945/
• 关键词: 第一原理解析; 強誘電体; 表面; 界面; ナノ構造; マルチフィジックス特性; 強度; 分子動力学

本研究は、量子力学に基づく第一原理計算により強誘電体の表面ならびに界面の原子・電子配置を解明するとともに、電気的特性と機械的変形のカップリング効果であるマルチフィジックス特性について体系的に研究するものである。強誘電体表面では原子配置の再構成が生じ、強誘電特性が著しく乱されることを解明した。同時に、表面となる原子層により同特性が助長あるいは抑制される傾向があることを示した。さらに、同表面によって四方を囲まれた強誘電ナノワイヤについて解析を実施し、そのエッジ部で極めて高い強誘電特性が得られることを初めて明らかにした。また、強誘電体特有の界面である分域壁の微視的な構造を示すとともに、そのスイッチング挙動の原子レベルメカニズムを解明した。一方で、高精度・高計算負荷な第一原理計算に代わり、低計算負荷で高速なShell modelポテンシャルを用いた分子動力学計算を提案した。Newton-Raphsonアルゴリズムによる数値最適化により、ターゲットであるチタン酸鉛の数々の特性を再現可能なポテンシャルを開発することに成功した。本成果により、解析が簡便に行える上、強誘電体に対するマルチスケールな取り組みが可能になる。また、強誘電特性の変化は原子間結合の切断・組換えと深く関連することが明らかになった。したがって、不可逆的な原子レベル構造変化(不安定変形)を厳密に評価する手法を開発した。本手法は強誘電体だけでなく、第一原理計算を含む全ての原子間相互作用評価について適用することが可能であり、また、一次要素を用いることで大規模原子系への適用も可能である。

は this study, quantum mechanics に づ く first principles calculation に よ り strong electricity body の surface lure な ら び に interface の atom, electron configuration を interpret す る と と も に, the characteristics of electric 気 と machinery - shaped の カ ッ プ リ ン グ unseen fruit で あ る マ ル チ フ ィ ジ ッ ク ス features に つ い に て system study す る も の で あ る. The で atomic configuration <s:1> on the surface of a strong inducer is reconstituted to が generate じ, and the strong inducer properties are explained by が く く chaos される される とを とを. に at the same time, surface と な る atomic layer に よ り with features が fuelling あ る い は inhibit さ れ る tendency が あ る こ と を shown し た. さ ら に, with surface に よ っ て sifang を 囲 ま れ た strong electric ナ lure ノ ワ イ ヤ に つ い て parsing を be し, そ の エ ッ ジ department で め extremely high て い induced electrical characteristics が have ら れ る こ と を early め て Ming ら か に し た. ま た, strong electricity body has の interface lure で あ る points domain walls の を micro visual な structure in す と と も に, そ の ス イ ッ チ ン グ 挙 dynamic の atomic レ ベ ル メ カ ニ ズ ム を interpret し た. Party で な computational load, high precision, high first principles calculation に generation わ り で high speed, low computation load な Shell model ポ テ ン シ ャ ル を with い た molecular dynamics calculation を proposal し た. Newton -- Raphson ア ル ゴ リ ズ ム に よ る the numerical optimization に よ り, タ ー ゲ ッ ト で あ る チ タ ン acid number lead の 々 の features を reappearance may な ポ テ ン シ ャ ル を open 発 す る こ と に successful し た. This achievement に よ り line, simple analytical が に え る, strong electricity body に lure す seaborne る マ ル チ ス ケ ー ル な group take り み が may に な る. Youdaoplaceholder0, strong inductance property, <s:1> variation of interatomic bonding, <s:1> cleavage, recombination, えと deep く relationship, する になった とが bright ら になった になった. Youdaoplaceholder0 たがって, irreversible な atomic レベ structural transformation (unstable transformation)を厳 dense に evaluation 価する method を development of た. This technique は strong electricity body だ lure け で な く, first principles calculation を contain む total て の interatomic interactions evaluation 価 に つ い て applicable す る こ と が may で あ り, ま た, an element を い る こ と で atomic system へ の may apply も で あ る.

项目成果

Mechanical strength of nano-elements

纳米元件的机械强度

• 发表时间: 2008
• 作者: Takayuki Kitamura;Hiroyuki Hirakata;Takashi Sumigawa;Takahiro Shimada
• 通讯作者: Takahiro Shimada

エッジを有するPbTiO3ナノワイヤの強誘電性とひずみの影響についての第一原理解析

棱边 PbTiO3 纳米线铁电性和应变效应的第一性原理分析

• 发表时间: 2008
• 作者: 供田梢吾;嶋田隆広;北村隆行
• 通讯作者: 北村隆行

Simplified evaluation of mechanical instability in large-scale atomic structures

• DOI: 10.1016/j.msea.2009.01.058
• 发表时间: 2009-07
• 期刊: Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing
• 影响因子: 6.4
• 作者: T. Shimada;S. Okawa;Shinichiro Minami;T. Kitamura

Ab initio study of stress-induced domain switching in PbTiO3

• DOI: 10.1103/physrevb.77.094105
• 发表时间: 2008-03
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: T. Shimada;Y. Umeno;T. Kitamura

一次要素を用いた原子構造体の効率的不安定性解析手法の開発とアモルファス金属への適用

使用基本元素开发有效的原子结构不稳定性分析方法及其在非晶态金属中的应用

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本機械学会論文集(A編) 74
• 作者: 嶋田隆広;大川暁;南眞一郎;北村隆行
• 通讯作者: 北村隆行