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軽元素材料の特性を予測する電子的記述子を発見 ―情報駆動型の材料開発に道筋―

Research Topics / 研究トピックス

 ベリリウム(Be)は原子番号4番の軽金属で、高融点、高剛性、高熱伝導など優れた性能をもっていることが知られており、将来的な非炭素電源として期待される核融合炉では、燃料生産の効率化のためにベリリウムを主成分とする金属間化合物が使われます。

 京都大学エネルギー理工学研究所の向井啓祐 助教、東北大学の笠田竜太 教授、量子科学技術研究開発機構 の金宰煥 博士と中道勝 同博士らの共同研究グループは、軽元素のベリリウム(Be)を主成分とする金属間化合物の空孔生成や水素固溶に相関を持つ電子的記述子を明らかにしました。

 材料を効率的に探索する手法として、近年マテリアルズインフォマティクスが注目を集めています。材料探索において材料の特性と強い相関を持った記述子が重要となりますが、軽元素を主成分とするBeの化合物に対して有効な記述子はこれまでに明らかにされていませんでした。本研究ではBe金属間化合物42種を対象に密度汎関数理論に基づく第一原理計算を実施し、空孔生成や水素固溶に相関を持つ記述子を探索しました。この結果、占有pバンド中心がこれらの特性と強い相関を持つことを明らかにし、本記述子は高い精度で実験的に評価できることを示しました。本研究成果から、情報駆動型の材料開発により、目的の物性と資源量のバランスを考えた材料設計を行うことで、核融合用のベリリウム機能材料の開発を加速させられると期待されます。今後の研究では様々な物性と強く関連した記述子の探索を進め、高機能なベリリウム化合物の開発に貢献したいと考えています。

本研究成果は2022年10月13日(現地時刻)に、金属材料工学分野で最も権威のある国際学術誌『Acta Materialia』にオンライン掲載されました。

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詳しい研究内容について

エネルギー生成研究部門 原子エネルギー研究分野

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