4研究成果／誘電体材料設計

R-19

2024

強誘電性半導体LaWN₃の相安定性および電気的特性

アピールポイント

非酸化物強誘電性半導体の基本物性の予測
【技術シーズ：第一原理計算、フォノン（格子振動）計算】

課題

・厳しい環境またはナノスケールで使用できる高度の強誘電性半導体を開発するため、ペロブスカイト型窒化物が注目されている。

・試行錯誤を通じて実験的に探索するのではなく、計算化学を使用して様々な候補材料の特性を予測し、材料設計指針を取得することが期待されている。

解決手段

・ペロブスカイト型窒化物であるLaWN₃の相安定性、相転移機構をメタ一般化勾配近似（meta-GGA）交換相関汎関数を用いた第一原理計算により予測

・格子エネルギーおよびフォノン分散計算により、相転移挙動を解明

・電子のバンド構造、状態密度等により電気的特性（バンドギャップ）を予測

成果・新規性

・原子・電子レベルで相転移機構を解明

・高温での非強誘電体から低温の強誘電体への転移を予測

・バンドギャップ（E_g）は実験の結果と一致

・計算方法：第一原理計算（VASPコード）、フォノン分散計算（Phonopyコード）

期待される市場・応用

・先進電子部品（小型圧電素子、ミクロスイッチ、不揮発性メモリ等）

・量子技術（量子光学デバイス等）

発表文献

Y. Fang, C. A. J. Fisher et al., Phys. Rev. B 95, 014111 (2017)

謝　辞：本研究は、JSPS科研費（23K04390）の支援により実施されたものである。