2025/09/30 更新

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オオバ フミヤス
大場 史康
OBA FUMIYASU
所属
総合研究院 フロンティア材料研究所 教授
職名
教授
外部リンク

News & Topics
  • 協奏的動きがもたらす多価イオン拡散の促進現象を発見 リチウムイオン蓄電池よりも性能の高い次世代蓄電池の開発促進に期待

    2018/08/17

    掲載言語: 日本語

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    東北大学金属材料研究所(金研)は、東京工業大学と共同で、一価イオンのLi+と多価イオンであるMg2+の相互作用により、通常は遅い正極中での多価イオン拡散(移動)が、顕著に促進される現象を初めて発見しました。これにより、多価イオンを用いる次世代蓄電池系の開発促進が期待されます。

  • 高効率スクリーニングによる新しい2価スズ酸化物系光触媒材料の発見

    2016/08/05

    掲載言語: 日本語

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    概要 京都大学 工学研究科 材料工学専攻、林博之助教と田中功教授らと、東京工業大学 大場史康教授、名古屋工業大学 壬生攻教授らは、共同研究により、新しい2価スズ(以下、Sn(II))酸化物系光触媒材料を発見しました。同グループでは様々な結晶構造を持つ約3500種のSn(II)複合酸化物を対象に、量子力学に基づいた第一原理計算[用語1]を系統的に実施することで、熱力学的安定性や物性を予測し、高効率にスクリーニングしました。その結果、SnMoO4を新しい光触媒材料の候補物質として見いだしました。この物質はこれまでに合成報告がなく、結晶構造も未知でしたが、同グループではピンポイントでの物質合成と光触媒活性の実験に取り組み、この物質が計算により予測されたとおりの結晶構造を持ち、優れた光触媒特性を示すことを実証しました。本研究の成功は、このような理論計算主導での物質探索の有効性を確認したものです。今後は、光触媒分野に限らず、汎用的・効率的な材料開発技術としての重要性を大きく増すものと期待されます。本研究は、科学研究費補助金・新学術領域「ナノ構造情報のフロンティア開拓―材料科学の新展開」(領域代表者 田中功 平成25年度から29年度)および科学技術振興機構イノベーションハブ構築支援事業「情報統合型物質・材料開発イニシアティブ(MI2I)」における成果であり、その成果はドイツの科学誌Advanced Science誌9月14日号に掲載されます。

  • Computational materials screening and high-pressure synthesis reveal a promising nitride semiconductor for optoelectronics

    2016/06/23

    掲載言語: 英語

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    Researchers use simulations to identify previously undiscovered semiconductors with promising attributes for optical and electronic applications. A nitride among those proposed has been successfully fabricated using high-pressure synthesis and is found to emit red light.

  • 希少元素を使わずに赤く光る新窒化物半導体を発見

    2016/06/22

    掲載言語: 日本語

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    発光デバイスや太陽電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質探索を加速できることを実証窒素化合物に限らず新物質開拓の新たな道を開く

学位

  • 博士(工学) ( 2000年9月   京都大学 )

研究キーワード

  • 計算材料科学、マテリアルズインフォマティクス、半導体、無機材料

  • 表面・界面

  • 第一原理計算

  • マテリアルズインフォマティクス

  • 半導体

  • 点欠陥

  • 無機材料

研究分野

  • ナノテク・材料 / 無機材料、物性

  • ナノテク・材料 / 金属材料物性

学歴

  • 京都大学   大学院工学研究科   材料工学専攻 博士後期課程

    1998年4月 - 2000年9月

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    国名: 日本国

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  • 京都大学   大学院工学研究科   材料工学専攻 修士課程

    1996年4月 - 1998年3月

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    国名: 日本国

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  • 京都大学   工学部   金属系学科

    1992年4月 - 1996年3月

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    国名: 日本国

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経歴

  • 神奈川県立産業技術総合研究所   プロジェクトリーダー(兼任)

    2025年4月 - 現在

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  • 東京科学大学   総合研究院フロンティア材料研究所/総合研究院元素戦略MDX研究センター/物質理工学院材料系   教授

    2024年10月 - 現在

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院フロンティア材料研究所/物質理工学院材料系/国際先駆研究機構元素戦略MDX研究センター   教授

    2022年10月 - 2024年9月

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院フロンティア材料研究所/物質理工学院材料系/元素戦略研究センター   教授

    2016年4月 - 2022年9月

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  • 物質・材料研究機構   情報統合型物質・材料研究拠点   招聘研究員・特別研究員(兼任)

    2015年8月 - 2020年3月

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  • 東京工業大学   応用セラミックス研究所/大学院総合理工学研究科材料物理科学専攻/元素戦略研究センター   教授

    2015年4月 - 2016年3月

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  • 東京工業大学   元素戦略研究センター   客員准教授(兼任)

    2013年2月 - 2015年3月

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  • 京都大学   大学院工学研究科材料工学専攻   准教授

    2009年8月 - 2015年3月

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  • 京都大学   大学院工学研究科材料工学専攻   助手・助教

    2004年2月 - 2009年7月

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  • 東京大学

    2001年4月 - 2004年1月

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  • 東京大学   工学部   教務補佐員

    2000年10月 - 2001年3月

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所属学協会

論文

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MISC

  • 種々の結晶構造をもつ二酸化マンガン触媒による5-ヒドロキシメチルフルフラールから2,5-フランジカルボン酸への酸化反応

    林愛理, 山口ゆい, 鎌田慶吾, 角田直樹, 熊谷悠, 大場史康, 原亨和

    日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM)   99th   2019年

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  • 高表面積β-MnO2触媒の合成と酸化反応への応用

    山口ゆい, 林愛理, 鎌田慶吾, 角田直樹, 熊谷悠, 大場史康, 原亨和

    酸化反応討論会講演要旨集   52nd   2019年

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  • BaRuO3ペロブスカイト触媒による分子状酸素を酸化剤としたスルフィドの酸化反応

    鎌田慶吾, 鎌田慶吾, 菅原紘成, 加藤裕希, 邨次智, 邨次智, 熊谷悠, 熊谷悠, 大場史康, 原亨和, 原亨和

    触媒討論会討論会A予稿集   122nd   2018年

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  • 種々の結晶構造をもつ二酸化マンガン触媒による5-ヒドロキシメチルフルフラールの酸化反応

    林愛理, 鎌田慶吾, 鎌田慶吾, 角田直樹, 熊谷悠, 熊谷悠, 大場史康, 原亨和, 原亨和

    触媒討論会討論会A予稿集   122nd   2018年

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  • 先進計算科学による半導体物性の高精度予測と新物質探索 (特集 ビッグデータ・人工知能時代の機能性材料開発とは)

    大場 史康, 熊谷 悠, 日沼 洋陽

    工業材料   64 ( 7 )   30 - 34   2016年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日刊工業出版プロダクション ; 1955-  

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  • 半導体の基礎物性・格子欠陥特性の高精度理論予測と物質・材料探索への展開 (特集 マテリアルズ・インフォマティクス)

    大場 史康, 日沼 洋陽, 熊谷 悠

    Ceramics Japan = セラミックス : bulletin of the Ceramic Society of Japan   50 ( 7 )   542 - 545   2015年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

    CiNii Books

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  • 希土類添加cBN結晶中に形成された複合点欠陥の局所構造解析 (夢の技術特集)

    石川 亮, 柴田 直哉, 大場 史康

    New diamond   30 ( 1 )   13 - 15   2014年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:オーム社  

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  • プロトン伝導性BaZrO3における欠陥会合状態の影響

    桑原彰秀, FISHER Craig A. J., 森分博紀, 豊浦和明, 松永克志, 小山幸典, 大場史康, 田中功

    日本セラミックス協会年会講演予稿集(CD-ROM)   2013   2013年

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  • First principles calculations of point defects in acceptor-doped BaZrO3

    Akihide Kuwabara, Kazuaki Toyoura, Yukinori Koyama, Craig, A.J. Fisher, Fumiyasu Oba, Katsuyuki Matsunaga, Hiroki Moriwake, Isao Tanaka

    AMTC letters   3   120 - 121   2012年

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  • 酸化物半導体における点欠陥の電子構造と機能 : 第一原理計算によるアプローチ

    大場 史康

    セラミックス   46 ( 6 )   490 - 494   2011年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

    [特集] セラミックス計算材料設計の進展

    CiNii Books

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    その他リンク: http://hdl.handle.net/2433/193956

  • プロトン伝導型固体電解質BaZrO3における熱平衡欠陥濃度の第一原理計算

    桑原彰秀, 豊浦和明, 小山幸典, 大場史康, FISHER Craig A. J., 森分博紀, 松永克志, 松永克志, 田中功, 田中功

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集   24th   2011年

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  • 21aTK-2 酸化物半導体における点欠陥の原子・電子構造 : 第一原理計算によるアプローチ(21aTK 領域2,ビーム物理領域 合同シンポジウム:高エネルギー密度物質創生と光量子ビーム,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

    大場 史康

    日本物理学会講演概要集   65 ( 1 )   237 - 237   2010年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

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  • BaZrO3における欠陥平衡の第一原理計算

    桑原彰秀, 豊浦和明, 小山幸典, 大場史康, FISHER Craig A. J., 森分博紀, 松永克志, 田中功

    固体イオニクス討論会講演要旨集   36th   2010年

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  • 第一原理計算に基づくセラミックスのナノ構造解析と設計指針 : 酸化スズを例に 査読

    田中 功, 世古 敦人, 東後 篤史, 大場 史康, 松永 克志

    セラミックス   44 ( 9 )   679 - 683   2009年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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    J-GLOBAL

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  • 第一原理熱力学によるナノ機能元素の理論計算 査読

    田中 功, 世古 敦人, 弓削 是貴, 小山 幸典, 大場 史康, 松永 克志

    まてりあ : 日本金属学会会報   48 ( 6 )   299 - 302   2009年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:The Japan Institute of Metals and Materials  

    DOI: 10.2320/materia.48.299

    CiNii Books

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    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/00333014200?from=CiNii

  • 超高圧プロセスによる反応性溶媒を用いた機能性III族窒化物結晶の創製 査読

    谷口 尚, 渡邊 賢司, 中山 敦子, 大場 史康, 田中 功

    まてりあ : 日本金属学会会報   48 ( 6 )   311 - 316   2009年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:The Japan Institute of Metals and Materials  

    DOI: 10.2320/materia.48.311

    CiNii Books

    J-GLOBAL

    researchmap

    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/00333014231?from=CiNii

  • 21aYG-2 3d遷移金属酸化物におけるL_<2,3>端X線吸収スペクトルの第一原理計算(21aYG 放射光・分光・回折・光電子分光,領域5(光物性))

    池野 豪一, 熊谷 悠, 大場 史康, 田中 功

    日本物理学会講演概要集   63 ( 2 )   637 - 637   2008年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

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  • 21aRB-13 第一原理計算に基づく合金の表面構造設計 : Pt合金系に対する分子吸着特性(21aRB 格子欠陥・ナノ構造(半導体・シミュレーション),領域10(誘電体,格子欠陥,X線・粒子線,フォノン物性))

    弓削 是貴, 小山 幸典, 大場 史康, 田中 功, 世古 敦人

    日本物理学会講演概要集   63 ( 2 )   868 - 868   2008年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

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  • 21pTD-7 遷移金属L_<2,3>端XANESによる希薄磁性半導体中の磁性イオンの局所環境解析(格子欠陥・ナノ構造(シミュレーション・電子論),領域10,誘電体,格子欠陥,X線・粒子線,フォノン物性)

    池野 豪一, 林 博之, 山本 知之, 園田 早紀, 大場 史康, 田中 功

    日本物理学会講演概要集   62 ( 2 )   978 - 978   2007年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

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  • 21pTD-6 黒鉛層間リチウムの面内拡散機構に関する第一原理計算(格子欠陥・ナノ構造(シミュレーション・電子論),領域10,誘電体,格子欠陥,X線・粒子線,フォノン物性)

    豊浦 和明, 小山 幸典, 大場 史康, 田中 功

    日本物理学会講演概要集   62 ( 2 )   977 - 977   2007年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • 21pTD-5 (BN)_<(1-x)>(C_2)_x平衡状態図の第一原理計算(格子欠陥・ナノ構造(シミュレーション・電子論),領域10,誘電体,格子欠陥,X線・粒子線,フォノン物性)

    弓削 是貴, 世古 敦人, 小山 幸典, 大場 史康, 田中 功

    日本物理学会講演概要集   62 ( 2 )   977 - 977   2007年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • 19aTG-9 クラスター展開法を用いた合金表面の偏析・原子の規則化の第一原理計算 : Cu_<75>Pt_<25>(111)表面(表面界面構造,領域9,表面・界面,結晶成長)

    弓削 是貴, 世古 敦人, 桑原 彰秀, 大場 史康, 田中 功

    日本物理学会講演概要集   62 ( 1 )   885 - 885   2007年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • 29pYB-2 Pt-Rh系合金(111)表面におけるPt偏析の第一原理計算(29pYB 表面界面構造,領域9(表面・界面,結晶成長))

    弓削 是貴, 世古 敦人, 桑原 彰秀, 大場 史康, 田中 功

    日本物理学会講演概要集   61 ( 1 )   892 - 892   2006年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • Grain-boundary atomic structures in zirconia ceramics 査読

    N. Shibata, F. Oba, T. Yamamoto, Y. Ikuhara

    Ceramic Engineering and Science Proceedings   27 ( 2 )   171 - 181   2006年

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    記述言語:英語  

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  • Microstructure of interfaces made by epitaxial electrodeposition 査読

    F. Oba, R. Liu, E.W. Bohannan, F. Ernst, J.A. Switzer

    Proceedings - Electrochemical Society   PV 2003-31   101 - 110   2006年

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    記述言語:英語  

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  • Current-voltage characteristic and grain boundary structure in undoped and Pr and Co doped ZnO bicrystals 査読

    Y Sato, F Oba, M Yodogawa, T Yamamoto, Y Ikuhara

    PRICM 5: THE FIFTH PACIFIC RIM INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCED MATERIALS AND PROCESSING, PTS 1-5   475-479   3867 - 3870   2005年

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  • Pb(Zn1/3Nb2/3)ZrTiO3系圧電材料のMPB近傍結晶相の解析

    奥田和之, 森分博紀, 須田建夫, 大場史康, 田中功

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集   17th   2004年

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  • 局在量子構造探求のための理論計算

    田中 功, 大場 史康, 森分 博紀, 足立 裕彦

    セラミックス   37 ( 6 )   423 - 429   2002年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • 電子セラミックスの粒界構造と電気的特性

    山本 剛久, 大場 史康, 幾原 雄一, 佐久間 健人

    セラミックス   37 ( 6 )   435 - 440   2002年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • 新しいスピネル型立方晶窒化ケイ素

    田中 功, 大場 史康, 吉矢 真人, 巽 一厳, CHING Wai Yim

    應用物理   70 ( 12 )   1442 - 1446   2001年12月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:応用物理学会  

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  • 新しいスピネル型窒化物の材料設計 (特集 ナイトライドセラミックスの新展開(1))

    田中 功, 大場 史康, 吉矢 真人

    マテリアルインテグレ-ション   14 ( 6 )   21 - 26   2001年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:ティ-・アイ・シ-  

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  • Atomic and electronic structure of symmetric tilt boundaries in ZnO 査読

    F. Oba, S.R. Nishitani, H. Adachi, I. Tanaka, M. Kohyama, S. Tanaka

    Materials Research Society Symposium - Proceedings   654   AA1.2.1-AA1.2.6   2001年

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    記述言語:英語  

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  • スピネル型結晶構造酸化物MgCr2O4中のCr空孔形成エネルギーの第一原理計算

    森分博紀, 小山幸典, 田中功, 足立裕彦, 大場史康

    日本セラミックス協会年会講演予稿集   2001   2001年

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  • スピネル型結晶構造酸化物MgCr2O4中のCr空孔形成エネルギーの第一原理計算

    森分博紀, 森分博紀, 大場史康, 小山幸典, 田中功, 足立裕彦

    応用物理学関係連合講演会講演予稿集   48th   2001年

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  • High resolution transmission electron microscopy of symmetric tilt grain boundaries in yttria stabilized cubic zirconia (日本電子顕微鏡学会第46回シンポジウム 材料のナノ・生物のナノ) -- (ポスターセッション "7th International Symposium on Advanced physical Fields(APF-7)"との合同セッション)

    Shibata Naoya, Oba F., Yamamoto T.

    電子顕微鏡   36   303 - 306   2001年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:日本電子顕微鏡学会  

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  • 局在量子構造と材料機能

    田中 功, 大場 史康, 足立 裕彦

    まてりあ   39 ( 7 )   554 - 557   2000年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:The Japan Institute of Metals and Materials  

    DOI: 10.2320/materia.39.554

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    その他リンク: https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/00066909804?from=CiNii

  • スピネル型結晶構造酸化物MgCr2O4中の陽イオン空孔の第一原理計算

    森分博紀, 大場史康, 小山幸典, 田中功, 足立裕彦

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集   13th   2000年

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  • スピネル型結晶構造酸化物MgCr2O4中の陽イオン空孔の第一原理計算

    森分博紀, 大場史康, 小山幸典, 田中功, 足立裕彦

    応用物理学会学術講演会講演予稿集   61st ( 3 )   2000年

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  • 機能性酸化物の欠陥構造の電子状態計算

    田中 功, 大場 史康, 足立 裕彦

    電子顕微鏡   34   324 - 324   1999年5月

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    記述言語:日本語  

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  • First-principles calculation of optical spectra for transition-metal impurities doped in ZnO and ZnS 査読

    K Ogasawara, T Ishii, F Oba, Tanaka, I, H Adachi

    LUMINESCENT MATERIALS   560   341 - 346   1999年

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    記述言語:英語  

    Web of Science

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受賞

  • 令和7年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞 研究部門

    2025年4月  

    大場史康

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  • 第42回優秀ポスター賞

    2024年3月   日本金属学会  

    長藤瑛哉, 我毛智哉, 裵星旻, 高橋亮, 大場史康

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  • 第40回優秀ポスター賞

    2023年3月   日本金属学会  

    石井孝憲, 高橋亮, 長藤瑛哉, 大場史康

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  • 学術賞

    2022年11月   日本セラミックス協会  

    大場史康

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  • MRS-J貢献賞

    2019年11月   日本MRS  

    吉矢真人, 大場史康, 田村 友幸, Fisher Craig A. J., Raebiger Hannes, 上杉徳照, 小谷岳生, 香山正憲

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  • 第41回応用物理学会解説論文賞

    2019年9月  

    大場史康, 熊谷悠

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  • 第35回井上学術賞

    2019年2月  

    大場史康

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  • 手島精一記念若手研究賞

    2018年2月  

    大場 史康

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  • 第75回日本金属学会功績賞

    2017年3月  

    大場 史康

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  • 日本金属学会2016年(第159回)秋期講演大会優秀ポスター賞

    2016年9月  

    西谷宣彦, 原田航, 熊谷悠, 赤松寛文, 大場史康

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  • STAM Best Paper Prize 2013

    2013年12月  

    F. Oba, M. Choi, A. Togo, I. Tanaka

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  • 第9回日本金属学会村上奨励賞

    2012年9月  

    大場 史康

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  • 第31回本多記念研究奨励賞

    2010年5月  

    大場 史康

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  • 第14回日本金属学会奨励賞 [物性部門]

    2004年9月  

    大場 史康

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    受賞国:日本国

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  • 第29回日本セラミックス協会学術写真優秀賞

    2004年3月  

    佐藤幸生, 淀川正忠, 山本剛久, 大場史康, 幾原雄一

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  • First Place in the TEM Category, American Ceramic Society Ceramographic Competition

    2003年4月  

    F. Oba, H. Ohta, H. Hosono, T. Yamamoto, Y. Ikuhara

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  • 第27回日本セラミックス協会学術写真優秀賞(2)

    2002年3月  

    山本剛久, 大場史康, 幾原雄一

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    受賞国:日本国

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  • 第27回日本セラミックス協会学術写真優秀賞(1)

    2002年3月  

    大場史康, 太田裕道, 山本剛久, 幾原雄一

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 点欠陥再構成構造の網羅的理論予測と機能開拓

    研究課題/領域番号:24K21683  2024年6月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    大場 史康, 高橋 亮

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    配分額:6370000円 ( 直接経費:4900000円 、 間接経費:1470000円 )

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  • オキシカルコゲナイドの欠陥学理の構築とワイドギャップ半導体の設計・開拓への展開

    研究課題/領域番号:24H00376  2024年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    大場 史康, 平松 秀典, 高橋 亮

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    配分額:47580000円 ( 直接経費:36600000円 、 間接経費:10980000円 )

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  • 化学結合記述子の構築に向けた空孔支配型材料のハイスループット研究

    研究課題/領域番号:23KF0224  2023年11月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    大場 史康, HEMPELMANN JAN

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    配分額:2000000円 ( 直接経費:2000000円 )

    本研究では、比較的高濃度の原子空孔を含む相変化材料、超伝導体、蓄電池電極材料を対象に、材料特性に関わる原子空孔近傍での電子状態・化学結合状態の変化に着目して俯瞰的な理論解析を行うことを目的としている。とくに相変化材料において、相変化メカニズムの詳細が理解されていないことが更なる材料設計・探索を難航させている。このような状況を打開することを目指して、本研究分担者らが独自に開発してきた化学結合状態の様々な解析手法と本研究代表者らが開発を進めている高精度と高速を両立したハイスループット第一原理計算手法を組み合わせ、さらにはデータ科学的アプローチも取り入れることで、電子状態・化学結合状態の俯瞰的な理解と材料設計・探索の指針の構築に向けた研究に着手した。そして、その知見に基づいて新たな有望材料の提案へと展開することを最終目標として研究を推進した。
    本年度は、まず、スーパーコンピュータ上での第一原理計算及び電子状態・化学結合状態解析プログラムの実行環境の構築を進めた。そして、リチウムイオン電池正極材料として重要なLiFePO4を主要なターゲットとして、その電子状態、磁気構造等の基礎的な特性の観点から第一原理計算に用いる近似や手法を検討した。また、ユニットセルを拡張したスーパーセルにおいて様々な原子空孔の濃度及び配置をカバーしたシミュレーションモデルを考慮し、予備的な第一原理計算の実行及び電子状態・化学結合状態の解析を行った。

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  • ワイドギャップ半導体におけるケミカルドーピングの学理構築と新材料開拓

    研究課題/領域番号:20H00302  2020年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    大場 史康, 野瀬 嘉太郎, 高橋 亮

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    配分額:44590000円 ( 直接経費:34300000円 、 間接経費:10290000円 )

    系統的な第一原理計算とその結果の機械学習により、無機化合物における固有点欠陥の形成挙動・電子状態と様々な形態でのドーパント添加によるキャリアドーピングの有効性を、半導体としての応用に関わる種々の基礎物性と併せて俯瞰的に考察し、ワイドギャップ半導体の設計・探索の指針を構築することを最終目的として研究を推進した。本年度は、昨年度から開発を進めている高精度と高速を両立させたハイスループット第一原理計算及び機械学習に基づいた基礎物性・安定性・キャリアドーピングの予測技術の高度化を進めるとともに、特定の既知・新規物質の基礎物性と点欠陥・キャリア形成挙動の詳細な考察、候補物質のハイスループットスクリーニングの試行、予測された物質の合成と電子・光学物性評価を継続した。その結果として、代表的なp型ワイドギャップ半導体である銅系複合酸化物の固有点欠陥とドーパントを改めて理論的に検討し、ドーピングに関わる様々な因子を明らかにすることで、新材料系を用いたp型ワイドギャップ半導体の設計及び探索のための有益な指針を得た(2021年10月にPhysical Review Materials 誌に出版)。また、3元系亜鉛窒化物に関して、2つの新物質の存在とそれらの結晶構造、電子構造、光学物性、点欠陥特性を第一原理計算により予測するとともに、各物質の合成及び評価実験から結晶構造と光学物性に関する理論予測を実証した(2021年4月及び10月にChemistry of Materials誌に2編の論文を出版)。その他、ハイスループット第一原理計算及び機械学習を用いた物質探索の効率化手法の開発に関して、上記の最終目的を達成する上での基盤的な成果を得た。

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  • 新規窒化物半導体のインシリコデザインと材料創成・デバイス化への展開

    研究課題/領域番号:17H01318  2017年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    大場 史康, 赤松 寛文, 田中 功, 平松 秀典

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    配分額:43290000円 ( 直接経費:33300000円 、 間接経費:9990000円 )

    高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ(計算機中)での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験により実証した。

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  • 第一原理に基づく革新的半導体材料の予測手法の開発

    研究課題/領域番号:15H05541  2015年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    熊谷 悠, 大場 史康, 角田 直樹

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    配分額:23920000円 ( 直接経費:18400000円 、 間接経費:5520000円 )

    近年の計算機性能の向上と計算手法の改善により、第一原理計算を用いて新材料を探索することが可能になってきている。そのような背景のもと、近年、世界各国で計算材料データベースの構築がなされている。このデータベースは材料探索に極めて有用である。しかし半導体材料に関しては、重要な物性が多岐に亘っており、またそのいくつかに関しては、第一原理により算出する手法が未成熟・未確立であったため、その探索は困難であった。そこで本研究では、第一原理計算主導での半導体材料探索を可能とするための、計算理論の構築と材料探索に必要な計算プログラムの開発を行った。

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  • 高精度物性予測基盤の構築と新規太陽電池材料の探索への展開

    研究課題/領域番号:15H04125  2015年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    大場 史康, 林 博之, 日沼 洋陽

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    配分額:12610000円 ( 直接経費:9700000円 、 間接経費:2910000円 )

    太陽電池のニーズが高まる中、安価で無毒な材料による光吸収層の代替が期待されている。コンピュータシミュレーションにより物質の性質や安定性の予測が的確にできれば、有望物質の選定、すなわち物質探索が効率化できる。本研究では、量子力学の基本原理に基づいた第一原理計算により候補物質の性質や安定性を高い精度で予測するための手法を開発し、候補物質のスクリーニングに応用することで、新物質の探索を行った。その結果、新しい窒化物半導体の予測と実験による実証等の成果が得られた。

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  • BCN結晶創製と基礎物性評価に関する研究

    研究課題/領域番号:26248061  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    谷口 尚, 町田 友樹, 渡邊 賢司, 寺地 徳之, 大場 史康, 中山 敦子, 村田 秀信

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    配分額:42900000円 ( 直接経費:33000000円 、 間接経費:9900000円 )

    2次元系(黒鉛型)及び3次元系(ダイヤモンド型)、窒化ホウ素(BN)と炭素(C)の固溶体は結晶構造の多様性に伴い新たな機能材料としての多様性が期待されるが、高品質バルク結晶が得られた例が無い。2次元の高純度六方晶BN中への炭素ドープによるバンド端発光特性の変化、3次元系のダイヤモンド中へのB,Nの同時ドープによる光学的特性の変化、ダイヤモンド/立方晶BN接合界面の微細構造評価を行い、BCxN結晶のxの希薄領域における特性と、BN/C接合界面に特有の構造を明らかにした。前者では2次元光・電子デバイスにおけるhBNに求められる特性を、後者では新たな電子デバイス構造の基礎となる知見が得られた。

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  • 2次元単層物質ヘテロ接合による光吸収層の第一原理計算による検討

    研究課題/領域番号:14F04792  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    大場 史康, BURTON LEE, BURTON Lee

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    配分額:2300000円 ( 直接経費:2300000円 )

    第一原理計算により2次元層状物質等の新しい光吸収層代替材料を効率的に設計・探索することを目指して、3つのサブテーマに関して研究を行った。
    サブテーマ1「2次元材料の電子・光学特性の理論予測」に関する主要な成果として、2次元構造を有するSnカルコゲナイドの電子・光学物性、相安定性並びに点欠陥形成挙動とキャリア生成機構の解明が挙げられる。(Chemistry of Materials 2016, Physical Review Letters 2016, Physical Review Applied 2017他)
    サブテーマ2「進化的アルゴリズムによる新物質の結晶構造探索」の成果として、11種類の新規3元系亜鉛窒化物半導体の予測が挙げられる。そのうち、直接遷移型のバンド構造、小さい電子・ホール有効質量等、半導体として有望な特性を有することが理論予測され、かつ構成元素に希少元素を含まないCaZn2N2について、予測された赤色発光等の電子・光学特性を実験を担当した共同研究者が実証することに成功している。(Nature Communications 2016)
    サブテーマ3「薄膜太陽電池のための積層構造の設計とヘテロ界面の特性の予測」に関する主な成果として、SnSと金属電極界面の計算から、SnSを光吸収層に用いた薄膜太陽電池の効率向上のための電極材料を提案した。(Journal of Materials Chemistry A, 印刷中)

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  • 次世代太陽電池のための光吸収層材料の第一原理設計・探索

    研究課題/領域番号:26630316  2014年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    大場 史康, 日沼 洋陽

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    配分額:3900000円 ( 直接経費:3000000円 、 間接経費:900000円 )

    中間バンド型太陽電池は,次世代の高効率太陽電池として期待されている.しかし,その鍵となる中間バンドを有する光吸収層材料の最適化が十分になされているとは言えず,現状では理論値を遙かに下回る変換効率しか得られていない.本研究では,高精度な第一原理計算に基づいたスクリーニングにより,高い理論変換効率が得られる物質を選出した.その結果,従来提案されているような遷移金属元素をドーパントとして添加した2元系化合物半導体のみならず,ドーパントを含まない3元系化合物の中にも理想的なバンド構造を有する物質が存在することが予測された.

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  • ナノ構造情報に基づいた機能探索

    研究課題/領域番号:25106005  2013年6月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    田中 功, 吉矢 真人, 大場 史康, 津田 宏治, 世古 敦人, 林 博之

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    配分額:145860000円 ( 直接経費:112200000円 、 間接経費:33660000円 )

    ナノ構造情報を,新規な材料設計・創出に有効活用するために,マクロ情報とのギャップを埋める学術的枠組みを作り出すことを目指し,①ナノ構造情報を統計熱力学に基づいて統合・整理する手法の開拓と応用,②材料探索のためのデータマイニング技法の開拓と応用を実施した.成果は,仮想スクリーニング法・推薦システムによる効率的な新物質・新機能の発見,第一原理計算に基づいた高精度原子間ポテンシャルの構築などに代表される.本研究で得られた結果は,第一原理計算とデータマイニング技法による手法が,新規材料探索に有効であることを実証したものである.

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  • 第一原理計算の多重実行と統計力学に基づいた酸化物固溶体の構造と物性

    研究課題/領域番号:23246111  2011年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    田中 功, 大場 史康, 世古 敦人

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    配分額:49530000円 ( 直接経費:38100000円 、 間接経費:11430000円 )

    本研究では,高精度第一原理計算と統計力学計算を組み合わせて,酸化物の固溶体構造と物性を評価する新しい計算手法を開発し,具体的にプログラムとして実装,計算を実行した.計算結果の検証と,計算手法の改良を目的として,固溶体試料の合成および評価実験を並行して行い,計算にフィードバックさせた.さらに,開発した手法を様々な酸化物固溶体に適用した.例えばMgO-ZnO系やMgO-NiO系において基底状態構造や磁気構造,平衡状態図を求めた.また,欠陥蛍石型構造をもつBi2O3において有限温度下における酸化物イオンの平均分布を評価した.

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  • 高品位六方晶窒化ホウ素単結晶の創製と新たな機能発現

    研究課題/領域番号:23246116  2011年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    谷口 尚, 渡邊 賢司, 川村 史朗, 宮川 仁, 大場 史康, 山田 貴壽, 中山 敦子

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    配分額:49530000円 ( 直接経費:38100000円 、 間接経費:11430000円 )

    高純度六方晶窒化ホウ素(hBN)単結晶の創製と、これを利用した新たな機能発現を目的とした。hBNのバンドギャップが約6.4eVであること、炭素不純物と高輝度紫外線バンド端発光との相関を実験的に明らかにした。更にグラフェン基板材料として、hBN-グラフェン積層構造に加え、MoS2系等の新たな2次元電子系デバイス用基板、絶縁膜としての有用性を各国の研究機関との連携で明らかにした。不純物制御のための基礎研究として、BN多形及びAlNにおける希土類元素の配位環境を理論と微構造解析により明らかにした。

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  • 第一原理計算の段階的高精度化に基づいたヘテロ界面の定量

    研究課題/領域番号:23686089  2011年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    大場 史康

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    配分額:27040000円 ( 直接経費:20800000円 、 間接経費:6240000円 )

    酸化物半導体・絶縁体ヘテロ界面や太陽電池用化合物半導体ヘテロ界面の構造および機能を設計する上で,界面を原子・電子レベルで定量化することが不可欠となる.本研究では,第一原理計算の段階的な高精度化に基づいた定量的計算手法を開発し,これをマクロ解析および検証実験との連携のもとでヘテロ界面に応用し,界面構造・機能に関するデータセットを構築した.さらに,界面機能を決定する諸因子に基づいたデータセットのスクリーニングから制御・設計指針を導くとともに,酸化物ヘテロ界面や太陽電池ヘテロ界面として高いポテンシャルを有する新しい系を探索した.

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  • 第一原理計算に基づいたドーパントレベルの定量化と材料機能設計

    研究課題/領域番号:21760517  2009年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    大場 史康

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    配分額:4550000円 ( 直接経費:3500000円 、 間接経費:1050000円 )

    ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した.

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  • 酸化物ノンストイキオメトリの第一原理熱力学

    研究課題/領域番号:20246095  2008年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    田中 功, 大場 史康, 世古 敦人

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    配分額:48230000円 ( 直接経費:37100000円 、 間接経費:11130000円 )

    酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と統計力学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法を開発した.また,この手法を用いて2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物に応用した結果,新しい規則相の存在やノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した

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  • 六方晶窒化ホウ素結晶の高輝度深紫外線発光制御

    研究課題/領域番号:19205026  2007年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    谷口 尚, 渡邊 賢司, 小泉 聡, 小林 一昭, 大場 史康, 山田 貴壽, 津田 統

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    配分額:49790000円 ( 直接経費:38300000円 、 間接経費:11490000円 )

    六方晶窒化ホウ素(hBN)の深紫外線(DUV)発光材料としてのポテンシャルを、世界に先駆けて開花させることを目的として、高圧下溶媒法による高純度hBN単結晶合成とその評価、Ni系合金溶媒による常圧下での高純度結晶成長技術を確立した。高純度 hBN単結晶の光物性評価により、その発光メカニズムを明らかにし、更にhBNの発光デバイス応用ための基礎的な取り組みとして、電子線励起型のDUV発光素子を試作した。光出力(0.2mW)の安定遠紫外光源の試作に成功し、実際の殺菌試験に適用し、その有用性を検証した。

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  • 第一原理熱力学に基づいたセラミックス計算状態図とその実証

    研究課題/領域番号:18206067  2006年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    田中 功, 松永 克志, 大場 史康, 西谷 滋人, 桑原 彰秀

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    配分額:49920000円 ( 直接経費:38400000円 、 間接経費:11520000円 )

    酸化物のモデル系としてMgOおよびZnO基の2元系などを対象に,有限温度での相転移挙動,溶質元素の固溶限の導出,中間相生成の検討という3つの課題を設定し,系統的な第一原理熱力学計算を行うとともに,これを実験により検証した.また圧力依存性についても,計算と実験の両面から検討した.検証実験としては,MgOおよびZnO基の2元系などの様々な酸化物モデル系を対象に,通常の常圧下での高温熱平衡実験,高温高圧下での熱平衡実験,パルスレーザー成膜(PLD)法により合成した過飽和固溶体など準安定平衡相の相分離実験を行った.実験と計算値の齟齬が大きい場合には,理論計算にフィードバックをかけ,計算モデルの精度について検討した.
    具体的には,第一原理熱力学法に基づいた計算状態図作成技術を確立させ,網羅的な計算を行った.第一原理フォノン計算により比熱の温度依存性を求め,それを積分してエンタルピー,エントロピー,自由エネルギーを算出した.これにクラスター展開法およびモンテカルロ計算を連携させることにより,固溶体の自由エネルギーを導出した.また,常圧下での高温熱平衡実験,高温高圧下での熱平衡実験,パルスレーザー成膜(PLD)法により合成した過飽和固溶体についてX線回折,X線分光実験を行い,計算結果を検証した.その結果,ZnO-MgO,ZnO-A1_2O_3,Ga_2O_3-MnGa_2O_4固溶体の局所構造の決定やSn-O系における一連のホモロガス構造の存在の予測などの重要な成果が得られた.

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  • イオニクス材料における反応素過程の量子力学シミュレーションと材料設計

    研究課題/領域番号:17041007  2005年 - 2006年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特定領域研究

    大場 史康, 桑原 彰秀, 宇田 哲也, 桑原 彰秀, 大場 史康

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    配分額:7100000円 ( 直接経費:7100000円 )

    固体酸化物燃料電池におけるフロトン伝導性電解質一電極界面における欠陥化学反応と電子状態に関する知見を得るため,BaZrO3(001)-Pt(001)界面を取りあげて第一原理計算による検討を行った.具体的には,様々な終端面を有する整合界面モデルについて第一原理PAW法による原子・電子構造の最適化計算を行い,界面のエネルギーと原子・電子構造及び化学結合状態の解析を行った.さらに,これらの界面に酸素空孔及び格子間プロトンを導入し,その形成エネルギーを粒内モデルと比較して評価した.その結果,界面がBaO終端の場合はPtがBa及び0上に位置する構造が安定であり,ZrO2終端の場合はPtが0上のみに位置する構造が安定であることがわかった.また,これらの中で最低の界面エネルギーを示したBaO終端界面について,電子レベルでの詳細な解析を行った結果,界面ではその直上においてPt-0結合に由来した局在電子状態が形成されることがわかった.この界面における酸素空孔及び格子間プロトンは粒内に比べてかなり低い形成エネルギーを持ち,強い偏析傾向を示すことが判明した.一方,プロトンを導入するために添加されるYドーパントについては,粒内に対して大きなエネルギー差は見られなかった.これは,界面における特有なPt-0結合に由来して酸素の状態が大きく変化し,その酸素の空孔やそれに結合した格子間プロトンが直接的な影響を受けたためと解釈できる.この結果は,界面直上では粒内と異なった欠陥化学反応が進行することを意味しており,ナノ・サブナノスケールでの界面制御の重要性を示している.

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  • 層間ドーピングによる六方晶窒化ホウ素の光電子機能設計

    研究課題/領域番号:17760527  2005年 - 2006年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    大場 史康

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    配分額:3400000円 ( 直接経費:3400000円 )

    六方晶窒化ホウ素(h-BN)の半導体化に最適なドーパントの理論予測を目的として,第一原理計算により様々な不純物のイオン化エネルギー及び形成エネルギーと電子構造を立方晶窒化ホウ素(c-BN)と比較しながら系統的に評価した.具体的には,h-BN及びc-BNスーパーセル中に様々なドーパント元素を導入し,第一原理PAW法による原子・電子構造の最適化計算を行った.得られたスーパーセルの全エネルギーを用いて不純物のイオン化エネルギーと形成エネルギーを求め,これらの値をもとにp型,n型化に適したドーパント種を考察した.本年度はとくにh-BNの層間へのドーパントの挿入に着目し,サイズミスフィットの大きな不純物も含めて系統的な計算を行った.その際,Li等のアルカリ金属元素の添加やそれに伴う欠陥形成を定量的に評価するため,基本的な窒化物及び酸化物を対象として高精度な計算技法を確立した.これをh-BNに適用した結果,n型ドーピングに関しては様々なアルカリ金属元素により低い形成エネルギーと浅いドナー準位が両立されることがわかった.また,p型ドーピングの場合は,h-BN特有の電子構造の考察からハロゲンの添加により同様な効果が期待されたため,系統的な計算を行った.その結果,フッ素の添加によりとくに浅いアクセプタ準位が形成されることが判明した.これらは,層間へのドーピングによるh-BNの半導体化の可能性を示す結果である.

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