物質界面の量子構造設計と機能開拓
社会基盤を支える最新の材料開発では、材料界面を制することが必要不可欠です。
電子機器・コンピュータにはじまり、建物や橋梁、自動車や発電機関などに用いられる材料のほとんどは、単一としてではなく、複数の種類の材料を組み合わせた状態で使われています。
これは、それぞれの材料の特性を組み合わせて総合的に高機能化するためです。
しかし、そこでは必ず界面が存在します。この界面は、材料システムの性能を良くことも悪くすることもあるため、うまくコントロールしてやらなければなりません。
したがって界面の構造や性質を明らかにすることが大切になりますが、異なる構造や性質を持った物質同士を合わせたとき、どのようなことが起こるかはわからないというのが現実です。
当研究室では、界面の構造や安定性を決める結合力、その起源となる電荷移行、物質の結晶構造の差異による幾何学的ミスフィットの影響、など、界面機能設計に必要なキーファクターを理論的に明らかにすると同時に、界面に起因した特性との関係を明らかにします。
図．酸化チタン表面上の金クラスター構造の計算予測結果
金属酸化物上の貴金属粒子は有害ガス分解の触媒として工業的にも重要です。
この図は、酸化チタン表面上に担持された金(Au)粒子の原子配列を第一原理計算から予測したものです。
この結果は、最先端電子顕微鏡を使った実験結果でも確かめられました。
（Shibata et al., Phys. Rev. Lett.(2009), 関連記事：日刊工業新聞(2009年4月23日)）