第一原理電子構造計算による強誘電体表面の研究

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本年度は窒化物(IrN_2,OsN_2)の構造と電子状態を第一原理計算により解析した。これらの物質は、高圧・高温という条件下で新規に合成された化合物である。バルクモジュラスが非常に大きいことから高硬度材料の候補として注目されている。本研究の主題である強誘電体とは少しそれるが、緊急性のある課題として研究を実施した。これらの物質の構造の詳細が実験により判明していないため、まず類似物質をデータベースで検索し、構造モデルを構築した。仮定した構造モデルに対して第一原理計算を実施し、その構造の安定性と電子構造を調べた。その結果、どちらの化合物に対しても安定な構造が得られ、実験で得られたX線回折パターンとラマンスペクトルをよく説明できることから、得られた構造が実際に合成されたものと考えられる。電子構造については、OsN2がフェルミ面付近に擬ギャップを持つ金属、IrN2が小さなギャップを持つ絶縁体になるといことが第一原理計算から予測される。これらの擬ギャップや実際のギャップの起源は、それぞれの構造が持つ特性のために、価電子バンドの一部が結合軌道と反結合軌道に分裂して生じることが、電子密度と状態密度の解析により明らかとなった。誘電体に関しては、Ba_xSr_<1-x>TiO_3というペロブスカイト型化合物について、バルクと表面の構造と電子状態の解析を進めてきた。この研究については今後も解析を進めてゆく予定である。