2024/10/10 更新

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フジイ ススム
藤井 進
FUJII SUSUMU
所属
工学研究院 材料工学部門 准教授
職名
准教授

研究分野

  • ナノテク・材料 / 無機材料、物性

  • ナノテク・材料 / 構造材料、機能材料

経歴

  • 九州大学 大学院工学研究院 材料工学部門 准教授

    2024年6月 - 現在

  • 大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 助教

    2021年4月 - 2024年3月

  • 一般財団法人ファインセラミックスセンター ナノ構造研究所 研究員待遇

    2019年4月 - 2021年3月

  • 大阪大学 大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻 特任研究員

    2018年4月 - 2019年3月

  • フランス国立科学研究センター CRISMAT 客員研究員

    2016年11月 - 2017年2月

  • 日本学術振興会特別研究員 DC1

    2015年4月 - 2018年3月

  • 九州大学 エネルギー研究教育機構 特任准教授

    2024年4月 - 2024年5月

  • 一般財団法人ファインセラミックスセンター ナノ構造研究所 客員研究員

    2021年4月 - 現在

  • 物質・材料研究機構 情報統合型物質・材料研究拠点 NIMS特別研究員

    2019年4月 - 2020年3月

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学歴

  • 大阪大学   大学院工学研究科   知能・機能創成工学専攻 博士後期課程

    2015年4月 - 2018年3月

  • 大阪大学   大学院工学研究科   知能・機能創成工学専攻 博士前期課程

    2013年4月 - 2015年3月

  • 大阪大学   工学部   応用理工学科 マテリアル生産科学科目

    2009年4月 - 2013年3月

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ:計算材料科学

    研究キーワード:計算材料科学

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:無機材料

    研究キーワード:無機材料

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:機械学習

    研究キーワード:機械学習

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:格子欠陥構造-特性相関

    研究キーワード:格子欠陥構造-特性相関

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:新材料探索

    研究キーワード:新材料探索

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:セラミックス

    研究キーワード:セラミックス

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ:エネルギー材料

    研究キーワード:エネルギー材料

    研究期間: 2024年

受賞

  • 奨励賞

    2022年12月   第32回日本MRS年次大会   計算と機械学習によるプロトン伝導性酸化物の探索と性質の理解

    藤井 進

  • 奨励賞(学術部門)

    2022年9月   日本金属学会   ボトムアップ型材料設計のための格子欠陥構造-機能相関の解明と新物質探索

    藤井進

  • 若手奨励賞

    2021年11月   物性科学領域横断研究会   計算科学と情報科学による粒界原子構造ー熱伝導相関の解明

    藤井進

  • 増本賞(金賞)

    2016年7月   新学術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓ー材料科学の新展開」第4回若手の会  

    藤井 進

  • 講演奨励賞

    2016年3月   第63回応用物理学会春季学術講演会  

    藤井 進

  • Best Poster Award

    2013年7月   The 32nd International Conference on Thermoelectrics (ICT2013)  

    藤井進, 祐村渥人, 宮内洋平, 多田昌浩, 吉矢真人, 安田秀幸

  • Best Poster Award

    2019年6月   10th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT2019)  

    渡辺直樹, 船井浩平, 藤井進, 吉矢真人

  • 奨励賞

    2018年12月   第28回日本MRS年次大会   分子・格子動力学法を併用したフォノン熱伝導の周波数解析

    藤井 進

  • Poster Award (3rd place)

    2015年11月   2nd International Symposium on Frontiers in Materials Science (FMS2015)  

    藤井 進

  • 講演奨励賞(口頭発表の部)

    2015年9月   第12回日本熱電学会学術講演会  

    藤井 進

  • 2015 ITS Graduate Student Travel Grant

    2015年6月   International Thermoelectrics Society (ITS)  

    藤井 進

  • 第34回熱電変換国際会議助成採択

    2015年6月   ICT2015助成委員会  

    藤井 進

  • ベストプレゼンテーション賞

    2015年3月   大阪大学大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻  

    藤井 進

  • 最優秀論文賞

    2015年3月   大阪大学大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻  

    藤井 進

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論文

  • Empirical interatomic potentials for ZrO2 and YSZ polymorphs: Application to a tetragonal ZrO2 grain boundary 査読

    Susumu Fujii, Katsuhiko Shimazaki, Akihide Kuwabara

    Acta Materialia   262   119460   2024年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119460

  • Discovery of Unconventional Proton‐Conducting Inorganic Solids via Defect‐Chemistry‐Trained, Interpretable Machine Learning 査読

    Susumu Fujii, Yuta Shimizu, Junji Hyodo, Akihide Kuwabara, Yoshihiro Yamazaki

    Advanced Energy Materials   13 ( 39 )   2301892   2023年9月   ISSN:1614-6832 eISSN:1614-6840

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    Abstract

    High‐throughput computational screening and machine learning hold significant potential for exploring diverse chemical compositions and discovering novel inorganic solids. However, the complexity of point defects, which occur in all inorganic solids and are often crucial to their functionality and synthesizability, presents significant challenges. Here, this study presents a defect‐chemistry‐trained, interpretable machine learning approach, designed to accelerate the exploration and discovery of unconventional proton‐conducting inorganic solid electrolytes. By considering dopant dissolution and hydration reactions, the machine learning models provide quantitative predictions and physical interpretations for synthesizable host–dopant combinations with hydration capabilities across various structures. Utilizing these insights, two unconventional proton conductors, Pb‐doped Bi<sub>12</sub>SiO<sub>20</sub> sillenite and eulytite‐type Sr‐doped Bi<sub>4</sub>Ge<sub>3</sub>O<sub>12</sub>, are discovered in the first two synthesis trials. Notably, the Pb‐doped Bi<sub>12</sub>SiO<sub>20</sub> represents an unprecedented class of proton‐conducting electrolyte composed solely of groups 14 and 15 cations and featuring a sillenite structure. It exhibits unique and fast 3D proton conduction along a loosely bonded BiO<sub>5</sub> network. This study demonstrates an efficient approach for exploring novel inorganic materials.

    DOI: 10.1002/aenm.202301892

  • Structure and lattice thermal conductivity of grain boundaries in silicon by using machine learning potential and molecular dynamics 査読

    Susumu Fujii, Atsuto Seko

    Computational Materials Science   204   111137 - 111137   2022年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier {BV}  

    DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.111137

  • Grain-size dependence and anisotropy of nanoscale thermal transport in MgO (Editor's Pick) 査読

    Susumu Fujii, Kohei Funai, Tatsuya Yokoi, Masato Yoshiya

    Applied Physics Letters   119 ( 23 )   231604   2021年12月   ISSN:0003-6951 eISSN:1077-3118

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AIP Publishing  

    Controlling thermal conductivity in nanocrystalline materials is of great interest in various fields such as thermoelectrics. However, its reduction mechanism has not been fully given due to the difficulty to assess local thermal conduction at grain boundaries (GBs) and grain interiors. Here, we calculated spatially decomposed thermal conductivities across and along MgO symmetric GBs using perturbed molecular dynamics, varying the GB separation from 2.1 to 20.0 nm. This reveals the different length scale of GB scattering for two directions: over hundreds of nanometers across GBs while within a few nanometers along GBs. Numerical analyses based on the spatially decomposed thermal conductivities demonstrate that the former is dominant upon suppressing thermal conductivity in polycrystalline materials, whereas the latter has a non-negligible impact in nanocrystalline materials because of a large reduction of intragrain thermal conductivity along GBs. These insights provide the exact mechanisms of heat transport in nanocrystalline materials toward more precise control of thermal conductivity. (C) 2021 Author(s).

    DOI: 10.1063/5.0075854

    Web of Science

  • Alkali-Rich Antiperovskite M3FCh (M = Li, Na; Ch = S, Se, Te): The Role of Anions in Phase Stability and Ionic Transport 査読

    Susumu Fujii*, Shenghan Gao*, Cedric Tassel, Tong Zhu, Thibault Broux, Koji Okada, Yuto Miyahara, Akihide Kuwabara, Hiroshi Kageyama

    Journal of the American Chemical Society   143 ( 28 )   10668 - 10675   2021年7月   ISSN:1520-5126

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society ({ACS})  

    DOI: 10.1021/jacs.1c04260

  • Hydride-based antiperovskites with soft anionic sublattices as fast alkali ionic conductors 査読

    Shenghan Gao*, Thibault Broux*, Susumu Fujii*, Cédric Tassel, Kentaro Yamamoto, Yao Xiao, Itaru Oikawa, Hitoshi Takamura, Hiroki Ubukata, Yuki Watanabe, Kotaro Fujii, Masatomo Yashima, Akihide Kuwabara, Yoshiharu Uchimoto, Hiroshi Kageyama

    Nature Communications   12 ( 1 )   2021年1月   eISSN:2041-1723

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media {LLC}  

    <title>Abstract</title>Most solid-state materials are composed of p-block anions, only in recent years the introduction of hydride anions (1s<sup>2</sup>) in oxides (e.g., SrVO<sub>2</sub>H, BaTi(O,H)<sub>3</sub>) has allowed the discovery of various interesting properties. Here we exploit the large polarizability of hydride anions (H<sup>–</sup>) together with chalcogenide (Ch<sup>2–</sup>) anions to construct a family of antiperovskites with soft anionic sublattices. The M<sub>3</sub>HCh antiperovskites (M = Li, Na) adopt the ideal cubic structure except orthorhombic Na<sub>3</sub>HS, despite the large variation in sizes of M and Ch. This unconventional robustness of cubic phase mainly originates from the large size-flexibility of the H<sup>–</sup> anion. Theoretical and experimental studies reveal low migration barriers for Li<sup>+</sup>/Na<sup>+</sup> transport and high ionic conductivity, possibly promoted by a soft phonon mode associated with the rotational motion of HM<sub>6</sub> octahedra in their cubic forms. Aliovalent substitution to create vacancies has further enhanced ionic conductivities of this series of antiperovskites, resulting in Na<sub>2.9</sub>H(Se<sub>0.9</sub>I<sub>0.1</sub>) achieving a high conductivity of ~1 × 10<sup>–4</sup> S/cm (100 °C).

    DOI: 10.1038/s41467-020-20370-2

    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41467-020-20370-2

  • Quantitative prediction of grain boundary thermal conductivities from local atomic environments 査読

    Susumu Fujii, Tatsuya Yokoi, Craig A. J. Fisher, Hiroki Moriwake, Masato Yoshiya

    Nature Communications   11   1854   2020年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media {LLC}  

    DOI: 10.1038/s41467-020-15619-9

  • Atomistic mechanisms of thermal transport across symmetric tilt grain boundaries in MgO 査読

    Susumu Fujii, Tatsuya Yokoi, Masato Yoshiya

    Acta Materialia   171   154 - 162   2019年6月   ISSN:1359-6454

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    © 2019 Acta Materialia Inc. Grain boundaries often have a decisive effect on the macroscopic properties of polycrystalline materials, but the wide variety of their atomic structures, interfacial lengths, and compositions makes them difficult to characterize all-encompassingly. An indispensable example in which an understanding of the relationship between grain boundary structures and properties would greatly facilitate development of superior materials is thermal transport, especially with respect to microstructure evolution, thermoelectrics and thermal barrier coatings. To contribute to a more comprehensive understanding, we performed a systematic study of lattice thermal conduction across a wide range of symmetric tilt grain boundaries in MgO using perturbed molecular dynamics. It was found that thermal conductivities vary significantly with grain boundary structure but are strongly correlated with excess volume, which is a measure of the number density of atoms in the vicinity of the grain boundary planes. Real-space analysis revealed that dislocation densities determine the phonon transport paths and thermal conductivity in low-angle boundaries whereas it is the amount of open volume rather than the shape of structural units in high-angle boundaries that determine thermal conductivity. We also found that low-angle boundaries mainly reduce phonon transports at low frequencies whereas high-angle boundaries also reduce it at intermediate and high frequencies effectively, regardless of the shape of structural units. These insights are expected to be applicable to other close-packed oxide systems, and should aid the design of next-generation thermal materials through tailoring of grain boundaries.

    DOI: 10.1016/j.actamat.2019.04.009

    Web of Science

    Scopus

  • Is the Presence of Sn2+ a Crucial Factor for the Generation of Low Thermal Conductivity in Tin-Based Sulfides?

    Florentine Guiot, Carmelo Prestipino, Emmanuel Guilmeau, Paribesh Acharyya, Bernard Raveau, Susumu Fujii, Kaiyuan Yao, Thang Tran, Vincent Dorcet, Bernard Malaman, Thierry Schweitzer, Erik Elkaïm, Masato Yoshiya, Pierric Lemoine

    Inorganic Chemistry   2024年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c01193

  • Lone-Pair-Driven Structure Dimensionality: the Way to Ultralow Thermal Conductivity in PbmBi2S3+m Sulfides 査読

    Krishnendu Maji, Bernard Raveau, Susumu Fujii, Taichi Arai, Sylvain Le Tonquesse, Carmelo Prestipino, Paribesh Acharyya, Masato Yoshiya, Emmanuel Guilmeau

    Chemistry of Materials   36 ( 9 )   4631 - 4641   2024年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c00392

  • Interatomic potentials for cubic zirconia and yttria-stabilized zirconia optimized by genetic algorithm 査読

    Susumu Fujii, Akihide Kuwabara

    Computational Materials Science   223   112722   2024年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.commatsci.2023.112722

  • Enhanced reduction of thermal conductivity across kink dislocation textures in magnesium oxide (Cover) 査読

    Wataru Sekimoto, Susumu Fujii, Masato Yoshiya

    Journal of the Ceramic Society of Japan   131 ( 10 )   595 - 599   2023年10月   ISSN:1348-6535

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Ceramic Society of Japan  

    DOI: 10.2109/jcersj2.23066

  • Potassium-rich antiperovskites K<sub>3</sub>HTe and K<sub>3</sub>FTe and their structural relation to lithium and sodium counterparts 査読

    Koji Okada*, Susumu Fujii*, Cédric Tassel, Shenghan Gao, Hiroki Ubukata, Wenli Pan, Kentaro Yamamoto, Yoshiharu Uchimoto, Akihide Kuwabara, Hiroshi Kageyama

    Dalton Transactions   53   9026 - 9031   2023年   ISSN:1477-9226 eISSN:1477-9234

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Royal Society of Chemistry (RSC)  

    Unlike perovskite oxides, antiperovskites M<sub>3</sub>HCh and M<sub>3</sub>FCh (M = Li, Na; Ch = S, Se, Te) mostly retain their ideal cubic structure owing to anionic size flexibility and low-energy phonon modes that promote their ionic conductivity.

    DOI: 10.1039/d3dt01039b

  • Engineering Transport Properties in Interconnected Enargite‐Stannite Type Cu<sub>2+<i>x</i></sub>Mn<sub>1−<i>x</i></sub>GeS<sub>4</sub> Nanocomposites (Very Important Paper) 査読

    V. Pavan Kumar, S. Passuti, B. Zhang, S. Fujii, K. Yoshizawa, P. Boullay, S. Le Tonquesse, C. Prestipino, B. Raveau, P. Lemoine, A. Paecklar, N. Barrier, X. Zhou, M. Yoshiya, K. Suekuni, E. Guilmeau

    Angewandte Chemie International Edition   61 ( 49 )   2022年11月   ISSN:1433-7851 eISSN:1521-3773

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    Abstract

    Understanding the mechanisms that connect heat and electron transport with crystal structures and defect chemistry is fundamental to develop materials with thermoelectric properties. In this work, we synthesized a series of self‐doped compounds Cu<sub>2+x</sub>Mn<sub>1−x</sub>GeS<sub>4</sub> through Cu for Mn substitution. Using a combination of powder X‐ray diffraction, high resolution transmission electron microscopy and precession‐assisted electron diffraction tomography, we evidence that the materials are composed of interconnected enargite‐ and stannite‐type structures, via the formation of nanodomains with a high density of coherent interfaces. By combining experiments with ab initio electron and phonon calculations, we discuss the structure–thermoelectric properties relationships and clarify the interesting crystal chemistry in this system. We demonstrate that excess Cu<sup>+</sup> substituted for Mn<sup>2+</sup> dopes holes into the top of the valence band, leading to a remarkable enhancement of the power factor and figure of merit ZT.

    DOI: 10.1002/anie.202210600

    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/anie.202210600

  • Na<sub>3</sub>H(ZnH<sub>4</sub>) Antiperovskite: A Large Octahedral Distortion with an Off-Centering Hydride Anion Coupled to Molecular Hydride 査読

    Shenghan Gao, Cédric Tassel, Susumu Fujii, Hiroki Ubukata, Tong Zhu, Datong Zhang, Thibault Broux, Takashi Saito, Chengchao Zhong, Emre Yoruk, Kentaro Yamamoto, Akihide Kuwabara, Yoshiharu Uchimoto, Hiroshi Kageyama

    Chemistry of Materials   34 ( 15 )   6815 - 6823   2022年7月   ISSN:0897-4756 eISSN:1520-5002

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c00958

  • Direct numerical analyses of nanoscale thermal transport near MgO edge dislocations 査読

    Wataru Sekimoto, Susumu Fujii, Masato Yoshiya

    Scripta Materialia   202   113991 - 113991   2021年9月   ISSN:1359-6462

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    We report numerical analyses to examine the impact of edge dislocation onto phonon thermal conduction in its vicinity. Two types of edge dislocations, one with open core and another with densely-packed core, show different magnitude of suppression of thermal conductivity across dislocation lines, more than crystallographic anisotropy. It is also found that small density of dislocations effectively scatters phonons lowering thermal conductivity while higher density of dislocations is less effective to suppress thermal conduction. Detailed analyses on bond strains and atomic vibrational states indicated that, while linear dependence of atomic thermal conductivity is found when bond strain is small as in elastic strain field, non-linear/anharmonic dependence of atomic thermal conductivity emerges for the highly strained and under-coordinated atoms at the cores. A combination of these leads to remarkable suppression in thermal conductivity at non-arrayed dislocations even if atoms are positioned away from dislocation core.

    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2021.113991

    Scopus

  • Theoretical investigation of tetrahedral distortion of four-coordinate iron(II) centres in FePd(CN)4 (Hot Articles) 査読

    Susumu Fujii, Ryo Ohtani, Akihide Kuwabara

    Dalton Transactions   50 ( 6 )   1990 - 1994   2021年   ISSN:1477-9226 eISSN:1477-9234

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Royal Society of Chemistry ({RSC})  

    <p>The Jahn–Teller-like effect on the tetrahedral geometry of d<sup>6</sup> iron(<sc>ii</sc>) is caused by its unequally occupied e orbitals with non-bonding nature.</p>

    DOI: 10.1039/D0DT04155F

  • Responsive Four‐Coordinate Iron(II) Nodes in FePd(CN) 4 査読

    Ryo Ohtani, Hiromu Matsunari, Takafumi Yamamoto, Koji Kimoto, Masaaki Isobe, Kotaro Fujii, Masatomo Yashima, Susumu Fujii, Akihide Kuwabara, Yuh Hijikata, Shin‐ichiro Noro, Masaaki Ohba, Hiroshi Kageyama, Shinya Hayami

    Angewandte Chemie International Edition   132 ( 43 )   19254 - 19259   2020年10月   ISSN:1433-7851 eISSN:1521-3773

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1002/ange.202008187

    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/anie.202008187

  • Role of Phonons on Phase Stabilization of RE2Si2O7 over Wide Temperature Range (RE = Yb, Gd) 査読

    Susumu Fujii, Arata Ioki, Tatsuya Yokoi, Masato Yoshiya

    Journal of the European Ceramic Society   40 ( 3 )   780 - 788   2019年10月   ISSN:0955-2219 eISSN:1873-619X

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.10.060

    Scopus

  • Numerical Analyses of Nanoscale Thermal Transport across Homogeneous and Heterogeneous Si Interfaces by Perturbed Molecular Dynamics

    N. Watanabe, K. Funai, S. Fujii, M. Yoshiya, Y. Nakamura

    AMTC Lett.   6   244 - 245   2019年6月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Uneven Scattering at Nano-Interfaces for Selective Transport of Electrons and Phonons

    R. Nishioka, A. K. Saha, S. Fujii, M. Yoshiya

    AMTC Lett.   6   210 - 211   2019年6月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Phase Transformation Dominated by Phonon Anharmonicity in RE2Si2O7 Examined by Quasi-Harmonic Lattice Dynamics

    S. Fujii, A. Ioki, Tatsuya Yokoi, M. Yoshiya, T. Ogawa, Taishi Yokoi, S. Kitaoka

    AMTC Lett.   6   200 - 201   2019年6月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Quantifying Anharmonic Vibrations in Thermoelectric Layered Cobaltites and Their Role in Suppressing Thermal Conductivity 査読

    Susumu Fujii, Masato Yoshiya, Craig A. J. Fisher

    Scientific Reports   8 ( 1 )   2018年12月   ISSN:2045-2322 eISSN:2045-2322

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Optimizing multiple materials properties which are simultaneously in competition with each other is one of the chief challenges in thermoelectric materials research. Introducing greater anharmonicity to vibrational modes is one strategy for suppressing phonon thermal transport in crystalline oxides without detrimentally affecting electronic conductivity, so that the overall thermoelectric efficiency can be improved. Based on perturbed molecular dynamics and associated numerical analyses, we show that CoO2 layers in layered cobaltite thermoelectrics NaxCoO2 and Ca3Co4O9 are responsible for most of the in-plane heat transport in these materials, and that the non-conducting intermediate layers in the two materials exhibit different kinds of anharmonicity. More importantly, thermal conduction is shown to be altered by modifying the structure of the intermediate layers. The simulation methods developed to quantify the effect of anharmonic atomic vibrations on thermal conductivity provide a new tool for the rational design of thermoelectric materials, and the insights gained should hasten the attainment of higher conversion efficiencies so that thermoelectrics can be put to widespread practical use.

    DOI: 10.1038/s41598-018-29259-z

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41598-018-29259-z

  • Hierarchically Structured Thermoelectric Materials in Quaternary System Cu–Zn–Sn–S Featuring a Mosaic-type Nanostructure 査読

    Li Chao, Shen Yawei, Huang Rong, Kumamoto Akihito, Chen Shiyou, Dai Chenmin, Yoshiya Masato, Fujii Susumu, Funai Kohei, Fisher Craig A. J, Wang Yifeng, Qi Ruijuan, Duan Chun-Gang, Pan Lin, Chu Junhao, Hirayama Tsukasa, Ikuhara Yuichi

    ACS Applied Nano Materials   1 ( 6 )   2579 - 2588   2018年6月   ISSN:2574-0970

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acsanm.8b00278

    Web of Science

  • First-Principles Study of Thermal Expansion Coefficient of Complex Oxides for Thermal Barrier Coating

    Y. Akada, S. Fujii, T. Yokoi, M. Yoshiya

    AMTC Lett.   5   134 - 135   2016年5月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Systematic Study of Mechanism of Thermal Expansion in Silicides for Date-driven Materials Design

    R. Ishimura, S. Fujii, M. Yoshiya

    AMTC Lett.   5   122 - 123   2016年5月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Lattice Thermal Conduction of Two-Dimensional CoO2 Layers in Thermoelectric Cobaltites

    S. Fujii, M. Yoshiya

    AMTC Lett.   5   118 - 119   2016年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Manipulating Thermal Conductivity by Interfacial Modification of Misfit-Layered Cobaltites Ca3Co4O9 査読

    Susumu Fujii, Masato Yoshiya

    Journal of Electronic Materials   45 ( 3 )   1217 - 1226   2016年3月   ISSN:0361-5235 eISSN:1543-186X

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

    The phonon thermal conductivities of misfit-layered Ca3Co4O9, Sr3Co4O9, and Ba3Co4O9 were calculated using the perturbed molecular dynamics method to clarify the impact of lattice misfit on the phonon thermal conduction in misfit-layered cobaltites. Substitution of Sr and Ba for Ca substantially modified the magnitude of the lattice misfit between the CoO2 and rock salt (RS) layers, because of the different ionic radii, increasing overall phonon thermal conductivity. Further analyses with intentionally changed atomic masses of Ca, Sr, or Ba revealed that smaller ionic radius at the Ca site in the RS layer, instead of heavier atomic mass, is a critical factor suppressing the overall thermal conductivity of Ca3Co4O9, since it determines not only the magnitude of lattice misfit but also the dynamic interference between the two layers, which governs the phonon thermal conduction in the CoO2 and RS layers. This concept was demonstrated for Sr-doped Ca3Co4O9 as an example of atomistic manipulation for better thermoelectric properties. Phonon thermal conductivities not only in the RS layer but also in the CoO2 layer were reduced by the substitution of Sr for Ca. These results provide another strategy to improve the thermal conductivity of this class of misfit cobaltites, that is, to control the thermal conductivity of the CoO2 layer responsible for electronic and thermal conductivity by atomistic manipulation in the RS layer adjacent to the CoO2 layer.

    DOI: 10.1007/s11664-015-3938-7

    Web of Science

  • Analysis of Relationship between Dynamic Interlayer Interactions and Phonon Thermal Conduction in Ca3Co4O9

    S. Fujii, A. Yumura, Y. Miyauchi, M. Tada, M. Yoshiya, H. Yasuda

    AMTC Lett.   4   112 - 113   2014年6月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

  • Impact of Dynamic Interlayer Interactions on Thermal Conductivity of Ca3Co4O9 査読

    Susumu Fujii, Masato Yoshiya, Akuto Yumura, Yohei Miyauchi, Masahiro Tada, Hideyuki Yasuda

    Journal of Electronic Materials   43 ( 6 )   1905 - 1915   2014年6月   ISSN:0361-5235 eISSN:1543-186X

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

    The phonon thermal conductivity of misfit-layered Ca3Co4O9 has been calculated by perturbed molecular dynamics using a classical force field. Detailed numerical analyses reveal that, in spite of its smaller cross-sectional area, the CoO2 layer transports more heat than the thicker rock salt (RS) layer, although its local thermal conduction is more suppressed than in another layered cobaltite, Na (x) CoO2. The origins of these differences have been elucidated through careful examination of the atomic arrangements in each layer. Since thermal conduction in the RS layer can be reduced without deteriorating electronic properties for which the CoO2 layer is responsible, it is suggested that the RS layer should be modified to further suppress the overall in-plane thermal conductivity. Computational experiments with increasing number of Ca-O planes in the RS layer showed the opposite trend to what can be predicted based on the misfit between two dissimilar layers. Further analyses to reveal the origin of these unexpected results provide yet another strategy to further decrease the thermal conductivity, namely to control the dynamic interference between atoms across the interface between two layers.

    DOI: 10.1007/s11664-013-2902-7

    Web of Science

  • Suppression of Thermal Conduction without Deteriorating Electronic Properties of Magneli Phase Titanium Oxides by Doping Impurities

    D. Kanayama, A. Yumura, S. Fujii, T. Yokoi, Y. Miyauchi, M. Yoshiya

    AMTC Lett.   4   118 - 119   2014年6月

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

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書籍等出版物

  • 計算科学を活用した熱電変換材料の研究開発動向

    森 孝雄, 塩見 淳一郎, 臼井 秀知, 黒木 和彦, 宮田 全展, 松浦 弘泰, 小形 正男, 山本 貴博, 只野 央将, 吉矢 真人, 下野 昌人, 堀 琢磨, 大西 正人, 黒川 裕之, 當眞 友太, 渡辺 真也, 渡辺 友梨奈, 大堀 剛史, 大串 哲朗, 飯田 努, 藤井 進( 担当: 共著 範囲: 結晶粒界における格子熱伝導機構と情報科学的手法による予測・理解)

    株式会社シーエムシー・リサーチ  2022年4月    ISBN:9784910581187

講演・口頭発表等

  • 熱電材料における格子欠陥のインフォマティクス 招待

    藤井 進

    日本熱電学会第29回研究会  2024年5月 

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    開催年月日: 2024年5月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • Synthesizable discovery of unconventional proton-conducting oxides by computation and machine learning for defect chemistry (Keynote) 招待

    Susumu Fujii, Yuta Shimizu, Junji Hyodo, Akihide Kuwabara, Yoshihiro Yamazaki

    The 15th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM15) and The 13th International Conference on High-Performance Ceramics (CICC-13)  2023年11月 

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    開催年月日: 2023年11月

  • Exploration for non-perovskite proton-conducting oxides using high-throughput computation and machine learning 招待

    S. Fujii, Y. Shimizu, J. Hyodo, A. Kuwabara, Y. Yamazaki

    6th International Symposium on Frontiers in Materials Science (FMS2022)  2022年11月 

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    開催年月日: 2022年11月

  • 計算科学と機械学習による格子欠陥構造-機能相関解明と新材料探索 招待

    藤井進

    日本金属学会2022年秋期講演大会  2022年9月 

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    開催年月日: 2022年9月

  • Mechanisms of interfacial thermal transport at nanoscale examined by atomistic simulations 招待

    S. Fujii

    International Union of Materials Research Societies - International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM2021)  2022年8月 

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    開催年月日: 2022年8月

  • Correlation between grain boundary structure and thermal conductivity: a computational and machine learning approach 招待

    Susumu Fujii, Tatsuya Yokoi, Atsuto Seko, Masato Yoshiya

    14th Pacfic Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM14) and GOMD 2021 Division Meeting  2021年12月 

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    開催年月日: 2021年12月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • Nanoscale thermal transport at ceramic interfaces: a computational and machine learning approach 招待

    Susumu Fujii, Tatsuya Yokoi, Atsuto Seko, Masato Yoshiya

    1st Japan-France Virtual Workshop on Thermoelectrics 

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    開催年月日: 2021年9月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • Accurately predicting thermal conductivities across ceramic grain boundaries using a machine learning approach 招待

    Susumu Fujii, Tatsuya Yokoi, Craig A. J. Fisher, Masato Yoshiya

    8th International Congress on Ceramics (ICC8)  2021年4月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • ソフトなアニオンを有する新規逆ペロブスカイト化合物の結晶構造とアルカリイオン伝導 招待

    藤井進, 高勝寒, 桑原彰秀, 陰山洋

    第1回計算イオニクス研究会(第78回固体イオニクス研究会)  2021年7月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • 欠陥化学計算と機械学習による非従来型プロトン伝導性酸化物の発見

    藤井進, 清水雄太, 辻川皓太, 兵頭潤次, 山崎仁丈, 桑原彰秀

    第18回固体イオニクスセミナー  2024年9月 

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    開催年月日: 2024年9月

    会議種別:ポスター発表  

  • Grain boundary atomic structures that effectively suppress lattice thermal conduction determined by computation and machine learning

    S. Fujii, T. Tanaka, H. Isobe, K. Shimazaki, M. Yoshiya

    The 39th Annual International Conference on Thermoelectrics (ICT2023)  2023年6月 

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    開催年月日: 2023年6月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  • 理論計算による粒界熱伝導解析と情報科学的手法による理解 招待

    藤井 進

    CREST-さきがけ複合領域「情報計測」令和3年度 材料分野における情報計測クラスタ会議  2022年3月 

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    開催年月日: 2022年3月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • 計算科学と情報科学による粒界原子構造ー熱伝導相関の解明

    藤井進, 横井達矢, 吉矢真人

    第15回物性科学領域横断研究会  2021年11月 

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    開催年月日: 2021年11月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  • 計算科学を用いた界面構造・微細組織による熱伝導率低下機構の解明 招待

    藤井進

    環境調和材料研究会  2019年3月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • 計算科学と機械学習による粒界および多結晶体における熱伝導性の理解 招待

    藤井進

    第1回デジタルツイン多結晶創製研究会  2023年10月 

  • 摂動分子動力学法による層状酸化物のフォノン熱伝導機構の解明 招待

    藤井進, 吉矢真人

    第77回応用物理学会秋季学術講演会  2016年9月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • セラミックス材料における粒界構造ー熱伝導度相関解明の取り組み 招待

    藤井進, 横井達矢, 世古敦人, 吉矢真人

    日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム  2021年9月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • Suppression Mechanism of Thermal Conductivity in Thermoelecric Layered Cobaltites 招待 国際会議

    Susumu Fujii, Masato Yoshiya

    Joint 5th Int’l Symposium on Frontiers in Materials Science & 3rd Int’l Symposium on Nano-materials, Technology and Applications (FMS-NANOMATA2019)  2019年11月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • Role of Soft Anions in Phase Stability and Cation Transport in Antiperovskites

    S. Fujii, S. Gao, C. Tassel, A. Kuwabara, H. Kageyama

    The 5th International Conference of Young Researchers on Advanced Materials (IUMRS-ICYRAM2022)  2022年8月 

  • Phonon-assisted ionic transport in alkali-rich antiperovskites with soft anionic sublattices

    S. Fujii, S. Gao, A. Kuwabara, H. Kageyama

    The Twelfth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC12)  2021年7月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

  • Microscopic Thermal Conduction Mechanism in Grain Boundaries Examined by Perturbed Molecular Dynamics and Structural Descriptor 招待

    Susumu Fujii, Tatsuya Yokoi, Masato Yoshiya

    第29回日本MRS年次大会  2019年11月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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MISC

  • 計算科学と機械学習による結晶粒界およびナノ多結晶体の熱伝導機構の解明 招待 査読

    藤井 進

    応用物理   91 ( 5 )   276 - 279   2022年5月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(その他)  

    DOI: 10.11470/oubutsu.91.5_276

  • ソフトな陰イオンを有する逆ペロブスカイト中の高速Li+/Na+伝導 招待

    藤井進, 高勝寒, タッセル セドリック, 桑原彰秀, 陰山洋

    セラミックス   56 ( 9 )   561 - 565   2021年

  • 粒界熱伝導度の系統的計算と予測モデルの確立 招待

    藤井 進

    セラミックス   55 ( 9 )   652 - 655   2020年9月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

  • 転位に形成される機能コアの最前線

    吉矢 真人, 中村 篤智, 藤井 進, 大島 優, 横井 達矢, 松永 克志

    61 ( 10 )   629 - 633   2022年10月   ISSN:1340-2625 eISSN:1884-5843

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  • ナノスケールでの粒界熱伝導度の予測モデル構築と物理的解釈 招待 査読

    藤井 進

    材料の科学と工学(日本材料科学会誌)   58 ( 6 )   216 - 219   2021年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

  • 機械学習による結晶粒界の熱伝導度の高精度予測 招待

    藤井 進

    機能材料   40 ( 11 )   14 - 22   2020年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

  • 低熱伝導性をもたらす粒界局所構造の解明:系統的計算と機械学習

    藤井進, 藤井進, 藤井進, 横井達矢, 横井達矢, フィッシャー クレイグ, 森分博紀, 森分博紀, 吉矢真人, 吉矢真人

    日本金属学会講演大会(Web)   167th   2020年

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  • 結晶粒界構造に基づく熱伝導度の直接予測

    藤井進, FISHER Craig, 森分博紀, 横井達矢, 吉矢真人

    JFCC研究成果集   2020   2020年

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  • ミスフィット型層状酸化物Ca3Co4O9の熱伝導機構 招待

    藤井 進

    日本熱電学会誌   12 ( 3 )   10 - 12   2015年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

  • 原子レベル計算による層状Co酸化物のフォノン熱伝導解析 招待

    藤井 進

    日本熱電学会誌   12 ( 2 )   4 - 6   2015年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

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所属学協会

  • 日本金属学会

  • 日本熱電学会

  • 日本固体イオニクス学会

  • 日本セラミックス協会

委員歴

  • 日本熱電学会   広報委員  

    2022年9月 - 現在   

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    団体区分:学協会

  • IUMRS-ICYRAM2022 実行委員  

    2022年1月 - 2022年8月   

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    団体区分:学協会

  • 日本金属学会   まてりあ編集委員  

    2021年4月 - 現在   

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    団体区分:学協会

  • 日本熱電学会   学会誌編集委員  

    2019年11月 - 現在   

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    団体区分:学協会

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • フォノンモードに着目した固体電解質中の高速イオン伝導機構の解明

    研究課題/領域番号:23K13544  2023年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    藤井 進

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    資金種別:科研費

    電池の大型化、高エネルギー密度化、安全性の向上を目指し、全固体電池の開発が進められている。その実用化における課題の一つが、高いイオン伝導度を示す固体電解質の探索である。本研究では、新物質や既知の高イオン伝導体を対象に原子・電子レベル計算を行い、特定のイオン振動によって促進される高速イオン伝導機構の存在を明らかにする。得られた知見を元に、物質中のイオンの振動状態を指標とした、新たな固体電解質の探索指針の提案を試みる。

  • 水素イオンセラミックス

    研究課題/領域番号:22H04914  2022年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  特別推進研究

    陰山 洋, 高津 浩, タッセル セドリック, 加藤 大地, 高村 仁, 猪熊 泰英, 内田 さやか, 藤井 進, 小林 俊介, Li Haobo

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    資金種別:科研費

    クリーンな元素である水素を軸とした水素社会実現のためには、安定なセラミックス材料は産業応用上かかせない。本研究では、まず、プロトン含有酸化物クラスターを軸にした酸触媒の開発や、固体結晶におけるプロトンを媒介とする新規反応を開拓する。また、ヒドリド含有セラミックスのボトムアップ合成や、分極率が大きいなどのヒドリドの特長を利用してイオン伝導など機能開拓する。さらに、ヒドリド・プロトンの共存・変換を利用した機能開発も目指す。これらの研究を通じ、「水素イオンセラミックス」という新分野の確立とイノベーションの創出を目指す。

  • 粒界原子構造に基づく熱伝導度の直接予測

    研究課題/領域番号:20K15034  2020年4月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    藤井 進

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    資金種別:科研費

    実材料のほとんどは多数の微結晶から為る多結晶体である。この結晶の間に存在する粒界は、結晶内部とは異なる電子・原子構造を持ち、しばしば材料自体の特性も変化させる。本研究では、この粒界構造と熱伝導度の関係を、原子レベルの計算科学と機械学習的手法を組み合わせて解明する。これにより、今まで不可能だった粒界原子構造に基づく材料設計を可能にし、熱に関連するデバイス(熱電変換や遮熱コーティング等)の開発に貢献する。
    無機材料の多くは多結晶体であり、結晶粒間に形成される粒界は材料特性に多大な影響を与える。そこで本研究では粒界原子構造と熱伝導度の因果関係の解明を目指した。系統的な粒界計算により、イオン結合性のMgOやSrTiO3では粒界近傍の空隙が、共有結合性Siでは結合角の乱れが熱伝導の支配因子と判明した。また、機械学習を用いて、MgO粒界構造から高精度に熱伝導度を予測するモデルを構築した。その結果、わずかな構造歪みが著しく熱伝導度を低下させることが判明し、熱電変換材料や遮熱コーティングの性能向上に寄与する材料設計指針が得られた。
    粒界は材料中に普遍的に存在し、様々な材料特性に影響を与える。例えば、粒界は熱伝導度を低下させる作用を持つ。熱伝導度は遮熱性が必要な熱電変換材料(熱を直接電気に変換可能な材料)やタービンエンジン等の遮熱コーティング、放熱性が必要なPC等の電子デバイスなど、熱に関連する機能性材料において極めて重要である。本研究では、材料中の粒界がどのように熱伝導に影響を与えるかを、計算科学と機械学習により初めて定量的に解明した。この知見を活かせば、将来的により高性能な熱機能性材料の作製が可能となる。

  • ナノスケール界面におけるフォノン熱輸送の理論解析

    研究課題/領域番号:20H05195  2020年4月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    藤井 進

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    資金種別:科研費

    近年のナノ構造化技術の発展に伴い、電子デバイスや熱電変換等の熱機能性材料中にはナノスケールでの界面が存在する。この界面は材料の熱伝導を著しく低下させることが知られ、その機構解明の重要性は急速に高まっている。本研究では、モデル材料としてSiに着目し、Si中に存在する界面が熱伝導に与える影響を原子レベルで解明する。材料中の熱は原子の集団振動(フォノン)によって伝わるため、その現象を計算科学で模擬・解析し、界面構造に基づく熱伝導制御指針の獲得に繋げる。
    材料中の界面は結晶とは異なる原子構造を持ち、しばしば材料の巨視的特性を決定づける。特に、その特異な構造が熱を輸送する原子振動(フォノン)の伝搬を阻害し、熱伝導性を著しく低下させることが知られている。近年、電子デバイスの小型化やナノ構造化技術の発展に伴い、原子スケールでの界面熱伝導機構を理解する重要性が高まっている。しかし、界面原子構造がフォノン散乱挙動に与える影響やその空間的範囲を解明した研究例は乏しく、界面構造を積極的に活用した熱伝導制御指針は確立されていない。本研究では、原子レベルの熱伝導性を評価可能な摂動分子動力学法と、フォノンの界面透過率を定量化できるPhonon wave packet法を用いて、現象論とフォノン理論の両面から界面熱伝導機構の解明に取り組んだ。
    最終年度である2年目は、主にSi粒界、Si/SiO2界面の熱伝導解析を系統的に実施した。Si粒界については、新規に導入した多コア並列計算機やスーパーコンピュータを用いて、20種程度の粒界の熱伝導度を計算した。その結果、粒界近傍の原子数密度等の構造の乱れが熱伝導を支配することが明らかとなった。
    また、結晶Siと結晶SiO2、結晶SiとアモルファスSiO2の異相界面を対象に、各層の厚みを変化させながら系統的な熱伝導度・フォノン透過率評価を行った。その結果、熱を主に輸送する音響フォノンの透過率がSiO2の構造乱れによって顕著に低下すること、そして界面でのフォノン散乱・反射により結晶Siの熱伝導挙動にも大きな空間依存性が生じることが明らかになった。
    加えて、共有結合性Siとの比較のため、典型的イオン結合材料であるMgOにも本手法を適用したところ、ナノ多結晶体では粒界平行方向の熱伝導性も大きく低下することも明らかになった。
    総じて、ナノスケール界面のフォノン散乱挙動に関して多くの微視的知見が得られた。
    令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
    令和3年度が最終年度であるため、記入しない。