逆設計アプローチを用いた新しい安定した無機材料の理論的予測と実験的実現
Andriy Zakutayev1, Xiuwen Zhang, Arpun Nagaraja
1National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado 80401, USA.
Journal of the American Chemical Society
|May 16, 2013
まとめ
研究者は,逆設計を用いて新しい三元無機材料の発見を加速しました. 彼らは理論的計算と実験的合成を用いて,半導体タンタール・コバルト・ティン (TaCoSn) を含む8つの新しい安定化合物を特定しました.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- 固体化学 固体化学
- コンピューティング・ケミストリー
背景:
- 新しい三元無機固体の発見は,化学の進歩にとって極めて重要です.
- 既存の材料データベースには,多くの潜在的な三元化合物組合せが欠けている.
- 配列単位あたり18個のバレンスの電子を持つ等原子 (1:1:1) ABXファミリーは,新しい材料探査のターゲットです.
研究 の 目的:
- 逆設計を用いて,欠落している三元材料の加速発見を実証する.
- V-IX-IV化学空間内の新しい安定した 1:1:1 ABX化合物を特定する.
- 新しい三元化合物,特にTaCoSn.を合成し,特徴づけること.
主な方法:
- 逆設計を活用し,第一原理の理論的計算と実験的合成と特徴づけを組み合わせた.
- 45の可能なV-IX-IV化合物の熱力学的安定性の理論的スクリーニングを行った.
- 材料合成の組み合わせ法と伝統的な実験技術を採用した.
主要な成果:
- 理論的なスクリーニングから,熱力学的に安定した8つの新しい1:1:1三元化合物を特定しました.
- Ta-Co-Snシステムにおける最初の三元化合物であるTaCoSnを成功裏に合成した.
- TaCoSn.の予想された亜鉛ブレンド由来結晶構造が確認されました.
- TaCoSnは,金属成分にもかかわらず,半導体であると予測されています.
結論:
- 高通量理論的および実験的方法の組み合わせは,新しい材料の発見を大幅に加速します.
- TaCoSnは,潜在的なアプリケーションを持つ新しい半導体材料を表しています.
- TaCoSnのバンドギャップ測定における実験的な課題は,間接的なコバルト欠陥に起因する可能性があります.
