바카라 커뮤니티질 금속 산화물 구조에 간단한 순서가 있다고 제안

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")Nanosystems Research Division[연구 부서 최고 야마구치 토모히코 (Yamaguchi Tomohiko)] 최고 연구원 인 니시 오 켄고 (Nishio Kengo), Nakamura Tsuneo, Miyazaki Tsunee, 미야자키 츠니 (Miyazaki Tsunee), 미야자키 츠니 (Miyazaki Tsunee), 수석 연구원 및 지오메트리 연구원은 지구법을 기반으로 한 연구를 수행하고 있습니다첫 번째 원칙 계산바카라 커뮤니티형우리는 금속 산화물이 금속의 유형 또는 금속 대 산소의 비율에 의존하지 않는 범용 구조를 가지고 있음을 발견했습니다

8619_8811무작위 충전 구조의 조합으로 만들어 졌다고 예측했습니다

이 결과는 전자 장치 등을위한 재료 설계를위한 기술의 발전에 기여할 것으로 예상됩니다 결과에 대한 자세한 내용은 2013 년 10 월 3 일 미국 물리 학회지를 참조하십시오물리 검토 편지에 온라인으로 게시됩니다

(a) 첫 번째 원리 계산을 통해 결정된 바카라 커뮤니티질 구조를 갖는 이산화물 (Hafnia라고도 함)의 원자 배열 파란색과 빨간색 구체는 각각 하프 늄 및 산소 원자를 나타냅니다 (a)의 구조는 무작위로 포장 된 (b) 하프 늄 및 (c) 산소로 구성된다

금속 산화물은 트랜지스터 및 기억을위한 절연 필름으로 사용되는 중요한 재료이며 태양 전지의 투명 전극입니다 바카라 커뮤니티질 구조는 종종 필름의 균일 성과 필름 형성 과정의 용이성을 보장하기 위해 채택된다 전력을 더욱 줄이고 장치의 성능을 향상시키기 위해 장치 크기를 나노 미터로 더 줄이려면 원자 수준에서 재료가 균일해야합니다 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 원자 구조에 대한 충분한 지식이 있다면, 재료 균일 성과 전기 단열재를 모두 달성하는 합리적으로 설계되는 공정 조건이 가능할 것으로 예상됩니다 그러나, 결정질 금속 산화물과는 달리, 원자 배열에 규칙 성이없는 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 원자 구조는 매우 복잡하므로 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 원자 구조에 대한 포괄적 인 이해가 없었다

AIST는 고급 재료 및 장치의 개발을 가속화 할 시뮬레이션 기술 개발을 위해 노력하고 있습니다 고급 재료가 바카라 커뮤니티질 일 때, 원자 수준의 구조 정보는 실험 방법 만 사용하여 정확하게 파악되지 않을 수 있습니다 따라서 바카라 커뮤니티질 구조의 정확한 모델링을 수행하기 위해 시뮬레이션을 사용해야합니다 지금까지금속 원자 캡슐화 실리콘 클러스터응집 된 바카라 커뮤니티질 물질에서 모델링되었고, 바카라 커뮤니티질 또는 액체 상태에서 실리콘과 유사한 구조가 또한 클러스터 구조를 유지하는 동안 유지되는 것으로 밝혀졌다 우리는 또한 바카라 커뮤니티질 아르곤의 안정성에 대한 연구를 수행하고, 나노 미터의 직경으로 좁은 구멍 안에 갇히고, 좁은 구멍 내에서, 결정 구조보다는 바카라 커뮤니티질 구조가 아르곤 고체의 가장 안정적인 구조라고 제안했다 이 기사에서, 우리는 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조에 대한 포괄적 인 이해를 제공하기 위해 기하학적 고려 사항과 제 1 원칙 계산을 사용하여 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조를 체계적으로 분석했습니다

바카라 커뮤니티질 구조를 이해하는 것은 원래 물리 물질 물리학에서 어려운 질문 중 하나입니다 무화과 도 1은 결정 구조와 바카라 커뮤니티질 구조 사이의 개념적 차이를 보여준다 결정 (도 1 (a))에서, 원자는 주기적으로 배열되므로, 이들의 구조는 비교적 쉽게 식별 될 수있다 그러나 바카라 커뮤니티질 구조 (그림 1 (b))은 원자 배열의 주기성이없는 방해 구조이기 때문에 규칙 성을 제외한 상세한 구조 정보를 얻기가 어려웠으며 (이는 특정 원자를 둘러싼 원자 수가 고정 값을 취할 가능성이 있습니다 (이것은 "단거리 순서") 바카라 커뮤니티질 금속 산화물에서, 금속 원자 주위에 가장 가까운 산소 원자의 수는 금속의 유형과 산소 함량에 따라 다릅니다 예를 들어, Alumina (al₂O₃) 4 및 5, Titania (ti₂) 및 산화 인듐 (in₂O₃) 그리고 둘 다 6, 지르코니아 (ZRO₂) 및 Hafnia (HF₂)는 모두 6과 7입니다 따라서 단거리 순서의 관점에서 바카라 커뮤니티질 금속 산화물에 공통적 인 특성을 찾을 수 없습니다 따라서 지금까지 각 재료에 대한 포괄적 인 검사는 수행되지 않았습니다

그림 1 결정 구조와 바카라 커뮤니티질 구조의 차이를 보여주는 개념적 다이어그램 빨간 구체는 원자를 나타냅니다

AIST는 금속의 유형 또는 산소의 양에 의존하지 않는 바카라 커뮤니티질 금속 산화물에 대한 일반적인 원자 배열이 있는지 여부에 대한 기본적인 질문을 추구하기 위해 제 2 근위 원자의 배열에서 제 2 근위 원자의 배열에서 규칙 성 ( "중간 정도 순서")을 조사했다 따라서, 우리는 결정 구조의 기하학적 고려로 되돌아 갔고, 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조를 지배하는 원리를 논의하는 방법론을 구성했다 첫째, 하나의 원소로 구성된 많은 물질에서 결정 구조의 결정 구조는 다음과 같습니다얼굴 중심 입방 격자ya바디 중심 입방 격자등전구 충전 속도다음으로, 결정질 금속 산화물에서, 결정 구조가 금속 원자 및 산소 원자에 대해 별도로 관찰되면, 둘 다 구의 충전 속도가 높은 구조 또는 유사한 구조를 갖는 것을 볼 수있다 예를 들어, 구리 산화물 (CU₂O) 결정은 얼굴 중심 입방 격자 및 신체 중심 입방 격자의 산소 원자가 결합 된 구조를 갖는 것으로 간주 될 수있다 이 결과를 일반화하면, 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조는 또한 각각 높은 구 충전율을 갖는 금속 원자와 산소 원자로 구성되며,이 둘은 결합 될 것으로 예상된다

위의 개념을 증명하기 위해, 우리는 티타늄 (TI), 지르코늄 (ZR), 하프 늄 (HF), 구리 (CU), 알루미늄 (AL), 갈륨 (GA) 및 인듐 (IN)의 7 가지 유형의 금속을 선택한 다음 각 산화물 (TIO₂, Zro₂, HFO₂, cu₂O, al₂O₃, GA₂O₃, in₂O₃)에서 수행되었다

금속 산화물은 결정질이든 바카라 커뮤니티질이든, 두 번째 인접 원자의 구조를 분석하고 중간 범위의 순서를 조사하기 위해 금속과 산소 원자를 별도로 조사하기 위해 금속과 산소 원자를 별도로 조사하기 위해 금속과 산소 원자를 별도로 조사하기 위해 금속과 산소 원자를 별도로 조사하기 위해 금속과 산소 사이의 구조를 고려하는 것이 더 좋을 것이라고 생각했습니다 그림 2는 7 개의 금속 산화물의 AL₂O₃에 발견 된 금속 원자 및 산소 원자의 이코 사산 배열을 보여줍니다 구가 무작위로 채워질 때,도 1에 도시 된 바와 같이 많은 수의 폴란드 비 피라미드 구조가있는 것으로 알려져있다 3, 그리고 그것은 펜타곤 바이 피라미드 구조로 만들어진 이코 사산 구조를 포함하기 때문에, 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조는 각각 금속과 산소를 결합하여 구체의 무작위로 채워진 구조를 형성함으로써 만들어진다는 것이 강하게 제안된다

그림 2 첫 번째 원칙 계산에서 얻은 바카라 커뮤니티질 Al2O3Icousahedral 배열 큰 색의 구형은 (a) 알루미늄 원자 및 (b) 산소 원자의 이코 사산 배열을 보여줍니다

그림 3 펜타곤 이중 구조 (큰 색상)

바카라 커뮤니티질 금속 산화물에서 국방부 이피라 구조의 존재를 정량적으로 조사하기 위해, 우리는 가장 가까운 금속 원자와 산소 원자 (즉) 사이의 이등분선 평면으로 둘러싸인 다면체를 사용합니다Voronoi polyhedron)는 컴퓨터에 구성되었고, Voronoi polyhedron을 구성하는 얼굴에 포함 된 측면의 수를 세고 얼굴 모양의 분포를 조사했습니다 (그림 4) 다수의 오각형 bipyrae 구조는 Voronoi polyhedrons가 많은 오각형 모양으로 만들어진다는 사실에 해당합니다 구체에 대한 임의의 충전 구조의 예로서레너드 존스 잠재력(그림 4 (i)) 도 4 (a) 내지 4 (g)의 결과로부터 명확한 바와 같이, 금속 또는 산소 함량의 유형에 관계없이, Voronoi polyhedron을 구성하는 표면의 가장 일반적인 형태는 오각형이며, 발생 빈도는 육각형 → 쿼드 래곤 → 육각형 → 헥사 마나 → 트라이온 지 → 트라이온 지 → 트라이온 지 → 십자가의 순서가 감소한다 이로 인해 그림에 표시된 레너드 존스 잠재적 시스템과 동일한 결과가 발생합니다 4 (i) 이것은 무작위로 채워진 구조에서 금속과 산소를 서로 결합하여 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조가 형성됨을 보여준다

다시 말해,이 연구는 동일한 물질의 보편적 구조를 확인했습니다 그림 4 (h)는 SI 반도체의 산화물입니다 (SIO₂) 결과가 표시됩니다 실리콘 네트워크의 보로 노이 다면체에서 가장 흔한 사수성 형태는 사변형이며 산소 원자 만 무작위로 포장 된 구조를 취합니다 주요 요인은 실리콘과 산소 사이의 강한 공유 결합입니다

그림 4 (a) ~ (g) 바카라 커뮤니티질 금속 산화물에서 금속과 산소의 보로 노이 다면체의 측면 수 분포

비교 (H) SI 반도체의 산화물 (SIO2) 및 (i) 레너드 존스 잠재력과 상호 작용하는 바카라 커뮤니티질 구조에 대한 분석 결과도 게시됩니다 (a) ~ (g)는 둘 다 금속의 산화물이지만 (h)는 다른 특성을 가진 반도체의 산화물에 대한 결과이므로 곡선은 (a)에서 (g)와 구별하여 녹색으로 설정되었습니다

바카라 커뮤니티질 금속 산화물이 무작위로 채워진 금속과 산소의 조합으로 구성된 질적 이유는 다음과 같이 설명됩니다 금속 산화물에서, 전하 전달은 금속에서 산소로 발생하여 금속이 양성이되고 산소가 음으로 하전되므로 금속과 산소는 주로 이온 결합을 통해 결합됩니다 금속 원자 네트워크의 관점에서, 산소 원자는 일정한 농도를 갖는 음전하로 간주 될 수있다 이 음전하는 금속 원자의 양전하 사이의 반발을 부드럽게하고 금속 원자 네트워크가 분해되는 것을 방지합니다 반대로, 산소 원자 네트워크의 경우, 금속 원자는 일정한 농도를 갖는 양전하로 간주 될 수있다 이 양전하는 산소 원자의 음전 전하 사이의 반발을 부드럽게하고 산소 원자 네트워크가 분해되는 것을 방지합니다 상기로부터, 중간 범위 순서를 제어하는 요인은 금속의 양의 전하 또는 산소의 음전 전하 사이의 구 심 대발 반발력이며,이 힘은 구의 무작위 충전을 유발한다고 생각된다

이번에 드러난 중간 범위 순서의 지식을 활용함으로써, 바카라 커뮤니티질 금속 산화물의 구조는 그 어느 때보 다 높은 정확도로 모델링 될 것이며 정확도의 변화가 억제 될 수있을 것으로 예상된다 앞으로, 우리는 나노 미터 크기의 전자 장치에 사용되는 절연 필름과 태양 전지의 투명 전극과 같은 다양한 바카라 커뮤니티질 금속 산화물 재료의 원자 구조를 합리적으로 모델링 할 수있는 방법을 개발할 계획이다

◆ 첫 번째 원칙 계산

전자의 움직임을 제어하는 양자 역학의 법칙 만 사용하여 엄지 또는 실험 매개 변수에 의존하지 않고 물질의 구조와 특성을 이론적으로 계산합니다 실험 파라미터와 무관하기 때문에, 재료의 구조 및 특성은 실험이 수행되지 않았거나 실험이 불가능한 상황에서 예측 적으로 계산 될 수있다 일반적으로 실험은 물질의 원자에 어떤 종류의 힘이 작용하는지 알 수 없으므로 첫 번째 원리 계산을 수행하는 것이 재료 구조의 가장 정확한 모델링입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 커뮤니티질

결정에서 볼 수있는 주기적 구조가 물질의 원자 배열에 존재하지 않으며 교란 된 구조를 가지고 있음을 나타내는 형용사 바카라 커뮤니티질이라고도합니다 결정질 물질이 나노 크기의 장치에서 사용될 때, 결정 구조는 종종 균일 한 단결정이 아니라 장치와 동일한 크기의 입자의 집계이며, 인접한 입자 사이의 경계 (입자 경계)를 초래합니다 나노 크기의 장치에서 입자 경계는 장치 특성에 상당한 손상을 일으킬 수 있습니다 바카라 커뮤니티질 구조를 사용함으로써, 입자 경계는 불가능하며, 원자 수준에서 균일 한 구조를 달성 할 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ 랜덤 충전 구조

가능한 한 조밀하게 하드 볼을 무작위로 포장하여 얻은 구조를 임의의 충전 구조라고합니다 최대 12 개의 공이 한 개의 공 주위에 조정될 수 있습니다 12 개의 구체가 Icosahedral 구조를 가질 때, 충전 정도는 그 안에있는 구의 최대입니다 그러나, 직교 icosahedral 구조를 주기적으로 배열하여 전체 공간을 채울 수는 없습니다 따라서, 정상적인 Icosahedral 구조 이외의 구조 및 조정 번호가 12 이하의 구조는 항상 발생하므로 구조적 교란이 발생합니다 얼굴 중심 입방으로 포장 된 구조 또는 육각형 근접 포장 구조의 경우, 한 구의 충전 정도는 정상적인 Icosahedral 구조의 충전 정도보다 낮지 만 전체 공간을 주기적으로 배열하여 주기적으로 채울 수 있기 때문에 전체 밀도가 최대화됩니다 즉, 무작위로 포장 된 구조의 밀도는 근접 포장 구조의 밀도보다 국부적으로 높지만 전체 밀도는 낮다[참조로 돌아 가기]

◆ 금속 캡슐화 실리콘 클러스터

실리콘 원자로 만들어진 바구니와 같은 구조 내부에 금속 원자를 함유하는 인공 분자 기반 분자는 일반적으로 탄소 원자로 만들어지며 실리콘 원자에서 불가능한 것으로 생각되었습니다 2001 년에 AIST는 금속 원자가 종으로 사용되고 실리콘 원자가 주변에 결합 될 때 안정적인 금속 캡슐화 된 실리콘 클러스터가 형성되었음을 보여 주었다 포함 된 금속의 유형을 변경함으로써 클러스터의 화학적 특성을 변조 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 얼굴 중심 입방 격자, 바디 중심 입방 격자

기본 구조를 큐브, 정점 또는 원자를 3 방향으로 3 방향으로 배치하여 기본 구조를 주기적으로 채워서 3 차원 공간을 채워서 생성 된 격자 구체적으로, 원자가 큐브의 정점에 배치되고 얼굴의 중심을 얼굴 중심 입방 격자라고함으로써 형성되는 격자를 형성합니다 반면에, 큐브의 중심과 큐브 정점에 원자가있는 기본 구조가 배열되면, 신체 중심 입방 격자가 만들어집니다[참조로 돌아 가기]

◆ 전구 충전 속도

구가 컨테이너에 포장되면 구가 컨테이너의 부피에 대한 부피의 비율을 구의 충전 비율이라고합니다 다시 말해, 충전 속도가 높을수록 컨테이너에 더 많은 구가 포장됩니다 전체 공간을 "컨테이너"로 간주하고 충전 속도가 높은 공을 포장하는 방법을 고려할 때, 한 볼과 인접한 공이 가능한 여러 번 접촉하는 포장 방법이 선택됩니다 얼굴 중심 입방 격자 (충전 속도는 최대 약 74%) 및 신체 중심 입방 격자 (충전 속도는 최대 약 68%) 등이 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Voronoi polyhedron

한 원자 A 주위의 가장 가까운 원자 사이의 거리를 이등분하는 평면으로 둘러싸인 다면체 다시 말하면, 원자 사이의 거리는 원자 이외의 원자 사이의 거리보다 짧은 전체 영역입니다 또한, 이러한 방식으로 공간 영역을 나누는 것을 Voronoi Division이라고합니다 보로 노이 다면체의 모양을 측정하는 것은 원자를 둘러싼 원자의 어레이에 대한 가장 가까운 원자 수보다 높은 기하학적 정보를 제공하기 때문에 방해 된 구조의 특징을 정량적으로 파악하는 데 유용합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 레너드 존스 잠재력

그것은 자극 간 상호 작용을 나타내는 잠재적 에너지 중 하나이며, 두 가지 요소로 구성됩니다 : 12 번째 파워에 반비례하는 원 자간 거리 및 반발력에 반비례하는 매력적인 힘 이는 원 원자가 거리에만 의존하기 때문에,이 잠재적 에너지와 상호 작용하는 입자 시스템의 바카라 커뮤니티질 구조는 무작위로 포장 된 구조가된다 네온 (NE) 및 아르곤 (AR)과 같은 희귀 가스 원자의 상호 작용은 레너드 존스 잠재적 인 잠재적 에너지에 의해 정확하게 설명 될 수있다[참조로 돌아 가기]