軽元素材料の特性を予測する電子的記述子を発見―情報駆動型の材料開発に道筋―

　ベリリウム（Be）は原子番号4番の軽金属で、高融点、高剛性、高熱伝導など優れた性能をもっていることが知られており、将来的な非炭素電源として期待される核融合炉では、燃料生産の効率化のためにベリリウムを主成分とする金属間化合物が使われます。

　向井啓祐 エネルギー理工学研究所助教、笠田竜太 東北大学教授、金宰煥 量子科学技術研究開発機構博士、中道勝 同博士らの共同研究グループは、軽元素のベリリウム（Be）を主成分とする金属間化合物の空孔生成や水素固溶に相関を持つ電子的記述子を明らかにしました。

　材料を効率的に探索する手法として、近年マテリアルズインフォマティクスが注目を集めています。材料探索において材料の特性と強い相関を持った記述子が重要となりますが、軽元素を主成分とするBeの化合物に対して有効な記述子はこれまでに明らかにされていませんでした。本研究ではBe金属間化合物42種を対象に密度汎関数理論に基づく第一原理計算を実施し、空孔生成や水素固溶に相関を持つ記述子を探索しました。この結果、占有pバンド中心がこれらの特性と強い相関を持つことを明らかにし、本記述子は高い精度で実験的に評価できることを示しました。本研究成果から、情報駆動型の材料開発により、目的の物性と資源量のバランスを考えた材料設計を行うことで、核融合用のベリリウム機能材料の開発を加速させられると期待されます。今後の研究では様々な物性と強く関連した記述子の探索を進め、高機能なベリリウム化合物の開発に貢献したいと考えています。

　本研究成果は、2022年10月13日に、国際学術誌「Acta Materialia」にオンライン掲載されました。

研究者のコメント

「「水兵リーベ・・・」と覚えた周期表の4番目に現れるベリリウム（Be）。一度は名前を耳にしたことがあっても何に使われるのかあまり知られていない、そんなマイナーな元素ではないでしょうか。電子を4つしか持たない（d電子を持たない）ベリリウムの化合物の特性がどのような記述子によって支配されているのか？そんな疑問を持ったことから本研究はスタートしました。グリーントランスフォーメーション（GX）に向けた核融合開発において、本研究で報告された電子的記述子が有望な材料の探索や実験結果の解釈に役に立つことを願っています。」（向井啓祐）