大場史康 工学研究科准教授（現東京工業大学教授）、日沼洋陽 同特定助教、田中功 同教授、平松秀典 東京工業大学准教授、細野秀雄 同教授らの研究グループは、最先端の第一原理計算を用いたスクリーニングと高圧合成実験により、希少元素を含まず、赤色発光デバイスや太陽電池への応用が期待できる新しい窒化物半導体を発見しました。
本研究成果は2016年6月21日に英国の科学誌「ネイチャー?コミュニケーションズ（Nature Communications）」に掲載されました。
研究者からのコメント
この成果は窒化物半導体の応用の可能性を広げるだけでなく、先進計算科学に基づいたマテリアル ズ?インフォマティクスにより物質探索を加速できることを実証したものです。本アプローチは今後の材料開発において有力な手法になると期待されます。
本研究成果のポイント
- 発光デバイスや太阳电池への応用に期待
- マテリアルズ?インフォマティクスが物质探索を加速できることを実証
- 窒素化合物に限らず新物质开拓の新たな道を开く。
概要
昨今の资源?环境问题やエネルギー情势を背景に、地球上に豊富に存在する元素により构成され、卓越した机能はもちろん、安価で高い环境调和性をもつ新物质?新材料の开拓が望まれています。物质?材料探索では、元素の种类と组成の无限の组み合わせの中で可能な限り広く探索し、そこから有望な候补を的确に绞り込むための指针と手法が要となります。
近年の计算科学の进展とスーパーコンピュータの演算能力の向上により、物质の安定性や特性を高精度かつ网罗的に理论予测できるようになってきました。このような先进计算科学?さらにはデータ科学や合成?评価実験に基づいたスクリーニングにより物质?材料开発の加速を目指した「マテリアルズ?インフォマティクス」が世界各国で盛んになっています。
数ある物质の中でも、窒化物は半导体としての応用に适した电子?光学物性だけでなく、地球上に豊富に存在する窒素の化合物というメリットをもちます。
しかし、现在実用化されている窒化物半导体は、緑色や青色、紫外线の発光ダイオードに用いられる窒化ガリウムと窒化インジウムまたは窒化アルミニウムとの固溶体にほぼ限定されています。また、既存の赤色や黄色の発光ダイオードには、高コスト、希少、あるいは使い捨てや廃弃が容易でない元素が使用されています。
希少元素を含まず、伝导キャリア（电子や正孔）の输送特性に优れ、さらには太阳光をはじめ、人类にとって有用な光の波长领域のバンドギャップをもつ、新しい窒化物半导体が开発できれば、赤色の発光デバイスや太阳电池など、窒化物半导体のより広范な応用が期待できます。
本研究グループは最先端の第一原理计算を用いたスクリーニングによる効率的な物质选定と高圧合成実験の连携により、このような窒化物半导体を见いだしました。
図：本研究により见いだされた新窒化物半导体颁补窜苍 2 N 2 の结晶构造と赤色発光の写真
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
Yoyo Hinuma, Taisuke Hatakeyama, Yu Kumagai, Lee A. Burton, Hikaru Sato, Yoshinori Muraba, Soshi Iimura, Hidenori Hiramatsu, Isao Tanaka, Hideo Hosono & Fumiyasu Oba. (2016). Discovery of earth-abundant nitride semiconductors by computational screening and high-pressure synthesis. Nature Communications, 7:11962
- 科学新聞（7月1日 4面）、毎日新聞（7月28日 17面）に掲載されました。
