数理計画法に基づく結晶構造探索手法の開発

基于数学规划的晶体结构搜索方法的发展

• 批准号: 22KJ0777
• 负责人: 小正路 崚太郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0777/
• 关键词: 結晶構造予測; 新物質探索; 最密球充填構造; 三元系; 四元系; 超伝導; 高圧水素化物

最密球充填構造を構成する単体金属は多く、酸化物中の酸素イオンが最密球充填構造を構成することが多いなど、空間充填原理から理解できる結晶構造は多い。私たちは、過去数年に渡り最密球充填構造に着目した結晶構造プロトタイプの導出に取り組んできた。問題の単純さにも関わらず、FCC構造は最密球充填構造であるというケプラー予想の肯定的証明は2000年代に認められた。一方で、二元系最密球充填構造（DBSP）については、近年、計算機を用いて様々な構造が予測されていたのみであり、2011年にはプリンストン大学のグループは、初めてDBSPのマップを作製していた。私たちは、独自の最密球充填構造探索手法を開発し、計12種類のDBSPを発見することに成功していた。そこで、まず、未開拓であった三元系最密球充填構造マップを作成するという研究を完遂した。私たちが発見した三元系最密球充填構造は計59種類となった。発見した構造のいくつかは高い対称性を持ち、例えば(13-2-1)構造は、小球が大球のおよそ40%の半径を持つにも関わらず、小球のネットワークがFCC構造を取る大球を取り囲み、四面体サイトには大球のおよそ60%の半径を持つ中球が挿入されている。また、私たちは、高圧下の超伝導水素化物であるLaH10やYH6の結晶構造がDBSPに対応していることに気づいていた。それらの水素化物には超高圧が必要とされるため、より低圧で超伝導性を示す水素化物を探索する領域として、三・四元系が期待されており、まだ探索が始められたばかりであった。そこで、同様の構造特性を持つ(13-2-1)構造と(13-3-1)構造に着目し、比較的低圧の10GPaで安定となる四元系水素化物を網羅的に探索した。その結果、少なくとも23種類の水素化物が安定であることが分かり、ScY2CaH12の超伝導転移温度は10GPaで5.7Kであることを予測できた。

The most dense spherical filling structure is composed of many single metals and acids, and the most dense spherical filling structure is composed of many single metals and acids. In the past few years, the most dense spherical filling structure has been observed in the crystal structure. The problem is pure, FCC structure is the densest spherical filling structure, and the proof of certainty is the 2000s. In recent years, computer applications have been used to predict the structure. In 2011, DBSP has been used to predict the structure. The exploration method of the densest spherical filling structure was developed and 12 kinds of DBSP were successfully discovered. The study of the densest spherical filling structure of the ternary system has been completed There are 59 kinds of spherical filling structures in the ternary system. For example,(13-2-1) structure, small sphere, large sphere, 40% radius, small sphere, FCC structure, large sphere, tetrahedron, 60% radius, medium sphere, etc. The crystal structure of LaH10 and YH6 under high pressure is similar to that of DBSP. For example, if the temperature of the electrolyte is too high, the conductivity of the electrolyte is too low, and the conductivity of the electrolyte is too high. The structural characteristics of the same type of structure are discussed in detail. The (13-2-1) structure and the (13-3-1) structure are aimed at exploring the low pressure and stability of the quaternary hydrate. The results show that the transition temperature of ScY2CaH12 is 10GPa and the stability of 23 kinds of hydrates is 5.7 K.

项目成果

Prediction of quaternary hydrides based on densest ternary sphere packings

• DOI: 10.1103/physrevmaterials.6.114802
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Physical Review Materials
• 影响因子: 3.4
• 作者: Ryotaro Koshoji;M. Fukuda;M. Kawamura;T. Ozaki

Diverse densest ternary sphere packings

多种最致密三元球填料

• DOI: 10.1088/2399-6528/ac7d38
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Physics Communications
• 影响因子: 1.2
• 作者: Younghoon Chang;Hyejung Yoon;Jaehyun Park;Zuoweid LI;中江太一;中江太一;Taichi Nakae;Ryotaro Koshoji and Taisuke Ozaki
• 通讯作者: Ryotaro Koshoji and Taisuke Ozaki

三元系最密充填構造に基づく四元系水素化物の網羅的探索

基于三元密排结构的四元氢化物综合寻找

• 发表时间: 2022
• 作者: Xie;W.;Kimura;M.;Takaki; K;小正路崚太郎 福田将大 尾崎泰助
• 通讯作者: 小正路崚太郎 福田将大 尾崎泰助