数理計画法に基づく結晶構造探索手法の開発

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。

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。